基于ANSYS的XCQ16钢轴向疲劳实验与有限元仿真

测试了XCQ16钢的力学性能,在实验中获得疲劳寿命曲线,在疲劳损伤累积理论的基础上,通过有限元分析,利用ANSYS中疲劳分析模块,仿真模拟了XCQ16轴向疲劳实验,完成对XCQ16钢的试样疲劳寿命预测。仿真结果表明轴向疲劳仿真是可行的。

国内外常用金属材料轴向疲劳试验方法标准差异分析

在金属材料的疲劳试验中,不同国家、不同行业所用标准对试验的规定不尽相同。选取具有代表性的ASTM E466—2007,GB/T 3075—2008以及HB 5287—1996等标准进行比较,分析不同标准之间的差异。对疲劳试样尺寸、加工工艺等方面的要求,ASTM E466—2007较为严格,GB/T 3075—2008较为宽松,而HB 5287—1996相对来说更细致。

海洋管道全尺寸轴向疲劳试验机研制

随着我国海洋石油天然气资源的大力开发,海洋管道在服役载荷情况下的全尺寸疲劳试验技术快速发展,对全尺寸海洋管道疲劳试验的需求也显得日益迫切。本文介绍了海洋管道全尺寸轴向疲劳试验机的系统构成、主要功能及参数、主要结构和零部件的设计与说明,并且有限元分析计算主机框架强度,以保证其满足设计需求,通过该设备开展海洋管道全尺寸轴向疲劳试验的研究,为海洋管道的设计、制造、维修等提供重要的决策依据;另外海洋管道全尺寸轴向疲劳试验的数据对其安全性校核和疲劳寿命评估有着重要的参考价值,此试验机也成为我国全尺寸疲劳试验类型之一。

全尺寸管道轴向疲劳试验机夹具的设计与分析

全尺寸管道轴向疲劳试验机主要用于各类型海底管道的轴向疲劳试验,试验机的夹具是全尺寸管道轴向疲劳试验机关键部件。介绍了试验机夹具的特点,采用有限元软件ANSYS分析了夹具中螺栓和夹头在20000kN作用力下的力学特性,并对静力强度和疲劳寿命进行了校核,结果表明夹具的最大应力低于材料的抗拉强度,疲劳寿命满足设计要求,验证了夹具的可靠性,为全尺寸管道轴向疲劳试验夹具设计提供了依据。

海上风机导管架基础灌浆连接段轴向受压疲劳性能试验

灌浆连接段是海上风机导管架基础中的关键结构之一。通过缩尺灌浆连接段试件的轴向疲劳试验研究其疲劳性能。根据静力试验得到灌浆连接段极限承载力并确定疲劳荷载幅值,进行五个试件的轴向加载疲劳试验。轴心疲劳试件在经历200万次轴向疲劳荷载循环后,没有发现明显的灌浆层裂缝及钢管鼓曲。对于偏心疲劳试件,0.4的偏心率产生的弯矩引起了内钢管对灌浆层的较为严重的挤压,内管顶部偏心侧灌浆层出现明显开裂现象。通过对试验结果的分析可以得知,轴心加载试件在0.35Pu为上限的轴心疲劳荷载下的疲劳性能稳定,仅内管顶端出现了局部损伤,在引入偏心疲劳荷载后,会产生灌浆层的断裂现象,并且裂缝出现位置均为灌浆连接段顶部到第一个剪力键之间。因此,当风机基础结构设计中灌浆连接段的计算偏心率较大时,应引起设计工程师的注意。

ECC疲劳损伤规律及微观结构研究

为研究工程水泥基复合材料(ECC,engineered cementitious composites)的疲劳规律并探究其损伤原因,利用疲劳试验机对ECC试件进行单轴拉伸循环加载试验,分析其疲劳规律及损伤界面微观形态。研究结果表明:ECC试件破坏规律与其累积轴向应变速率有关,在加载初始阶段,累积轴向应变会随着循环荷载作用次数增加而明显增大,随后进入稳定变形阶段;进一步加载将导致累积轴向应变快速增长,并最终导致试件断裂破坏;ECC的裂纹宽度发展呈现出中间低、两端高的趋势;ECC试件在循环荷载过程中初次开裂后,不会迅速进入破坏阶段,是因为纤维仍然具有抗拉能力,可继续承受循环荷载加载;通过对纤维-基体界面的微观分析发现,纤维与基体结合较好,可整体耗散能量,为ECC具有高疲劳性能的主要原因。

轴向加荷疲劳试验机动态力校准的研究

研究了电液伺服式和电磁谐振式两类疲劳试验机，在对其力学模型振动分析的基础上，得到了两类试验机动态力值误差的解析表达式。分析了影响惯性力大小的主要因素，如工作频率、连接夹具或试样的质量、刚度等，进行了多组比较试验，对理论分析结果进行了验证。讨论了疲劳试验机动态力误差的修正，并对校准装置和夹具的选择提出了建议。

再结晶对DD6单晶高温合金轴向高周疲劳性能的影响

为了研究再结晶对二代单晶高温合金DD6高周疲劳性能的影响,对标准热处理的DD6合金进行表面吹砂处理,然后分别在1120℃和1315℃保温4h,以获得不同类型的再结晶组织。在疲劳试验机上分别测试了光滑和含再结晶的DD6合金试样在1070℃的轴向高周疲劳寿命。采用SEM观察DD6合金再结晶组织及疲劳断口。结果表明:胞状再结晶和等轴再结晶降低了DD6合金的轴向高周疲劳性能,胞状再结晶作用小于等轴再结晶;含再结晶的DD6合金试样的轴向高周疲劳断裂机制为类解理断裂和枝晶间的局部韧窝断裂共存的混合断裂;再结晶使DD6合金试样变为多源疲劳断裂。高温条件下,再结晶晶界的存在加快合金试样的氧化损伤,显著缩短早期疲劳裂纹的萌生和扩展时间,降低合金的轴向高周疲劳性能。

汽轮机联轴器螺栓低周疲劳特性实验研究

利用CSS - 2 80 10 0KN电液伺服试验机对 40CrNiMoA螺栓材料在常温下进行了低周轴向疲劳试验 ,获得了该材料的循环应力 -应变参数和疲劳寿命特性参数。该实验数据填补了国内在这方面的空白。

2060铝锂合金薄板组织特征及疲劳损伤行为

通过带有原位观察设备的疲劳试验机、金相显微镜、EBSD、SEM以及TEM等设备对进口2060-T8E30铝锂合金薄板的组织特征、疲劳损伤行为以及疲劳试验过程中微观组织的演变过程进行了系统研究。结果表明,2060铝锂合金薄板为完全再结晶的块状嵌套组织,织构类型以立方织构和高斯织构为主,晶内析出相主要为T1相,长度在50~60 nm左右;轴向加载疲劳试验时,裂纹在试样边部缺口附近晶粒中沿最大Schmid因子方向萌生并向晶内扩展,在到达并穿过第一个晶界后裂纹发生偏折,变为垂直于加载方向扩展,继续扩展时,裂纹遇到其他晶界后发生小的偏折,但基本方向不变,直至最终发生瞬断。裂纹萌生和扩展过程中,裂纹尖端出现了较大范围的塑性变形区,该区域中T1析出相被位错切过,降低了尖端的应力集中。合金中较大的晶粒取向差以及小尺寸可被位错切过的T1析出相,是疲劳裂纹呈“锯齿”状穿晶扩展并获得良好耐损伤性能的主要原因。

包钢U75V钢轨疲劳及断裂性能分析

通过对新引进MTS810.23系统的熟练使用,对包钢产U75V钢轨的疲劳性能,包括疲劳裂纹扩展速率、轴向疲劳性能及断裂韧性等性能进行了系统的检验分析,试验结果表明:包钢U75V钢轨疲劳、断裂性能满足铁道部标准要求。

焊接接头疲劳行为研究

为了研究焊接接头的疲劳行为和焊接疲劳裂纹在焊接接头不同区域的扩展规律,设计了焊接接头的轴向疲劳试验和疲劳裂纹扩展试验。通过轴向疲劳试验,得出了在不同条件下的S-N曲线和S-N方程;通过疲劳裂纹扩展试验,得出疲劳裂纹扩展的门槛值,以及从疲劳裂纹产生到失效的疲劳寿命。

钛合金榫头微动疲劳试验研究现状与发展

综述了涡轮发动机钛合金叶片榫头微动疲劳失效的两种试验方法(轴向微动疲劳试验和榫型微动疲劳试验)的研究现状。轴向微动疲劳试验技术适用于微动疲劳失效机理的研究,应用于抗微动疲劳防护层试验验证的研究也较多;而榫型微动疲劳试验技术则多用于力学分析和模型建立等方面。榫头微动疲劳问题的研究还远未完善,应综合运用微动磨损、轴向微动疲劳和榫型微动疲劳等技术,并配合有限元分析手段,开展微动疲劳机理、多因素影响及防护层作用等方面的系统研究。

TB6钛合金疲劳及裂纹扩展性能研究

本文对TB6钛合金锻件弦向和径向两种取样方向分别进行了室温和200℃下旋转弯曲高周疲劳、轴向低周疲劳和疲劳裂纹扩展性能试验研究。试验结果表明,弦向(C)和径向(R)两种取样方向对该合金锻件的旋转弯曲高周疲劳、轴向低周疲劳性能和疲劳裂纹扩展性能没有影响;温度升高可加速该合金锻件的疲劳裂纹萌生,但在裂纹扩展阶段,该合金高温下的韧性优势与屈服强度降低的劣势平衡的结果使其在室温～200℃温度范围内的疲劳性能基本不受温度的影响;在10～20mm的厚度范围内,厚度对该合金的疲劳裂纹扩展性能没有影响;在3.5%NaCl盐雾环境中,腐蚀介质对TB6钛合金的疲劳裂纹扩展速率在初始阶段有迟滞作用,但在应力强度因子范围大于14MPam～(1/2)后有加速作用。

不同时效状态对2A97铝锂合金薄板疲劳损伤行为的影响

对不同时效状态下2A97铝锂合金薄板的拉伸性能、疲劳损伤过程以及微观组织特征进行了研究。结果表明,从T3至T8状态,合金的强度逐渐增加,但疲劳损伤性能急剧降低,疲劳裂纹扩展方式也由T3状态的多晶粒多系滑移-穿晶微裂纹为主逐渐演变为T8状态的晶内位错聚集-沿晶微裂纹为主。微观组织观察结果表明,不同状态中析出相类型及分布具有很大不同,这些差异直接影响了疲劳裂纹萌生、扩展过程中位错的增殖及扩展方式,最终影响了合金的疲劳寿命。

爆炸复合321/Q370qD双金属板对接接头的疲劳性能

采用轴向脉动拉伸疲劳试验，研究了爆炸复合321／Q370qD双金属板对接接头的疲劳性能。通过数理统计计算，获得了50％及97．7％两个置信度下试验材料的S—N曲线方程及据此确定的疲劳强度（2×10^6次），两个置信度下的疲劳强度均高于设计指标。对疲劳试样断口进行了观察，结果显示：疲劳裂纹大都起始于复合板对接接头的基层，个别起始于复层；裂纹稳定扩展区具有明显的疲劳辉纹，瞬断区具有典型的韧窝特征。断裂力学分析表明：疲劳裂纹起始于复合板不同组分的驱动力与复合板对接接头不同组分的循环屈服强度和弹性模量的乘积有关。

压铆螺母强度及疲劳寿命试验研究

为探究压铆螺母推广应用的可行性,本文通过静载力学试验,得出了压铆螺母CLS-M8-2的推出力、扭出力矩以及极限安装力矩;同时,基于不同应力水平进行了疲劳寿命测试,得到了CLS-M8-2的疲劳寿命数据,拟合了S-N曲线,总结了压铆螺母疲劳寿命规律;验证了压铆螺母CLS-M8-2的静力学强度、疲劳强度及应用可靠性。

65SiCrV6弹簧钢轴向拉压疲劳行为研究

针对汽车轻量化发展,对其核心零部件弹簧提出更高强塑性及疲劳性能的要求。采用超低氧冶炼技术制备了65SiCrV6弹簧钢,并研究了其热处理后的显微组织、拉伸性能,通过高周轴向拉压疲劳实验和升降法获得了65SiCrV6弹簧钢的S-N曲线,分析了其疲劳性能和疲劳断裂机制。结果表明:65SiCrV6弹簧钢热处理后强度达到2100 MPa级,且具有较高的伸长率和断面收缩率,显微组织为回火屈氏体;疲劳极限为925 MPa,高于普通中高碳弹簧钢,主要得益于其具有高的屈服强度和良好的塑性,且热处理组织细小、马氏体含量高,马氏体基体上细小弥散的碳化物组织可改善残余应力分布,降低了裂纹形成及扩展的速度,从而提高了疲劳性能;65SiCrV6弹簧钢中夹杂物尺寸控制在9μm以内,小于会成为疲劳源的夹杂物临界尺寸,因此导致疲劳试样断裂的主要原因是其表面缺陷,从而提高弹簧钢表面质量对提高其疲劳性能具有重要意义。

45钢V缺口轴向和扭转疲劳行为

研究了带环形V缺口45钢轴类的疲劳行为,使用了两种不同缺口尺寸的样品,分别施加轴向和扭转载荷,测试其轴向缺口应力强度因子和扭转应力强度因子以及相应的疲劳寿命,得到了缺口对工件疲劳寿命不同的影响:在轴向载荷下比在扭转载荷下更大,同时得到了缺口应力强度因子与疲劳寿命很好的相关性—缺口应力强度因子越大,工件疲劳寿命越低。