预制疲劳裂纹最大载荷对CTOD值的影响

在海洋工程中,由于导管架长期服役在恶劣环境条件下,并且承受着井口、立管、上部组块等形成的工作荷载,安全性与服役寿命是设计者尤为关心的课题。通常情况下,根据断裂力学设计理念,采用CTOD测试其断裂韧性。而在不同的疲劳裂纹预制载荷下,CTOD值差异很大,本文主要通过试验对比的方法验证了这一命题。

探究预制疲劳裂纹载荷对DH36药芯焊丝CO_2气保焊接头CTOD值的影响

依据BS7448标准对DH36药芯焊丝气保焊接头进行了裂纹尖端张开位移(crack tip opening displacement,CTOD)试验,通过对接头进行组织、断口分析,同时对预制疲劳裂纹过程进行有限元模拟分析,研究不同预制疲劳裂纹最大载荷对CTOD值的影响.结果表明,预制疲劳裂纹最大载荷对CTOD试验结果影响很大.当预制疲劳裂纹最大载荷远小于BS7448标准规定的最大值时,试验过程易出现突跃,即pop-in现象,从而得到较小的CTOD值;反之,当预制疲劳裂纹最大载荷接近或超过BS7448标准规定的最大值时,pop-in现象减弱、延迟或者消失,得到较大的CTOD值.故而为了保证试验结果的可靠性,标准中应对预制疲劳裂纹载荷敏感的接头更严格的规定其最大值.

基于等效裂纹法的铝合金T形焊接接头疲劳寿命评估

针对焊接缺陷的多样性、复杂性及随机分散性等特征,提出一种以一组高应力疲劳试验结果作为参考点的等效裂纹法开展焊接结构的疲劳寿命研究。以疲劳试验结果作为参考,假设一个完整板中的初始裂纹等效焊接结构中的缺陷及应力集中效应,基于线弹性断裂力学和Paris公式计算等效裂纹扩展寿命作为焊接结构的疲劳失效寿命。提出基于等效裂纹法的结构疲劳寿命计算流程;开展铝合金T形焊接接头的疲劳试验以及拟合P-S-N曲线;基于T形焊接接头的焊根失效模式采用等效裂纹方法预测T形接头的计算P-S-N曲线,并与试验拟合曲线进行对比,相对误差为10%,验证了该方法的可行性与有效性;最后,通过一组变幅载荷谱疲劳试验与预测P-S-N曲线对比,相对误差均小于15%,同时也验证了该方法对于变幅载荷的适用性,实现了基于一组疲劳试验结果预测全范围T形焊接接头疲劳寿命的评估。以较少的测试和成本实现确定的疲劳寿命,简化了概率疲劳寿命的评估过程,该方法可以推广于其他焊接接头寿命评估中。

船体裂纹板双轴非比例低周疲劳载荷下累积塑性行为研究

在恶劣海况中伴随着多轴高应力、低循环交变载荷作用下,船体结构不仅会出现多轴低周疲劳破坏,而且还存在着明显的累积塑性破坏。本文通过实验研究在双轴非比例低周疲劳载荷作用下,材质为Q235钢的船体斜裂纹板累积塑性损伤行为,提出双轴非比例低周疲劳载荷下基于累积塑性的裂纹板双轴非比例低周疲劳寿命预测模型。通过分析不同双轴非比例低周疲劳载荷下裂纹板的应力应变迟滞回线,重点探究不同双轴比、应力比和相位差等对低周期疲劳累积塑性变形的影响。研究结果可为准确评估在双轴非比例低周疲劳作用下船体结构断裂破坏行为提供重要依据。

复合载荷下脆性材料紧凑拉伸试件疲劳裂纹的预制

本文针对脆性材料的紧凑拉伸 ( CT)试件 ,提出了在复合疲劳载荷作用下预制疲劳裂纹的新方法 ,用此方法预制出 70 6 0 - T6铝合金的 CT试件疲劳裂纹并测试其断裂韧性 .由于采用了框架结构和螺旋结构在 CT试件的两侧面施加压缩载荷 ,在拉伸疲劳载荷作用下产生与之方向相反的压缩疲劳载荷 ,形成复合疲劳载荷 ,引起应力强度因子范围 ΔK的下降 ,导致裂纹扩展速率的降低 ,从而控制了疲劳预制裂纹长度 .此压缩疲劳载荷值用贴电阻片方法和组成全桥原理测定出 .在一定拉伸疲劳载荷和压缩载荷下 ,可成功地预制出所需的疲劳裂纹长度 .

扭转/拉伸复合载荷下的弹塑性疲劳裂纹扩展行为

研究了从中碳钢圆棒试样的环状预裂纹开始的疲劳裂纹扩展行为,分析了扭转/拉伸复合加载时不同载荷比对弹塑性疲劳裂纹扩展的影响。在高应力水平下,裂纹断口为宏观平坦。无论是简单加载还是复合加载,裂纹扩展速率都可用J积分的指数方程表达。对于同样的J积分范围值,Ⅰ型载荷下的裂纹扩展速率最高,而Ⅲ型载荷下的速率最低。在复合加载条件下的疲劳断口上观察到疲劳条痕同Ⅰ型加载条件下的相同,其间距与裂纹扩展速率相等。

改进的载荷循环分间隔法计算工程中MSD裂纹疲劳扩展问题

由多部位损伤(MSD)裂纹的扩展特性,归纳总结出裂纹扩展过程中两类影响裂纹扩展速度的因素,给出在循环载荷作用下基于Pairs公式的裂纹扩展增量的递推公式。根据这一递推式,推导出数个循环载荷作用下裂纹扩展长度的近似算法。同时,采用了变间隔分段处理方法。在评估了传统的载荷循环分间隔法的前提下,讨论了该方法的实现方式和所具有的优点。结合这两类改进方法,对一排共线孔有限宽薄板受远场均匀载荷作用的试样进行了计算分析,并与试验值和传统的载荷循环分间隔法的计算值做了比较。可以看出,对于普通的载荷循环分间隔处理方法,本文所提的改进方法能极大地提高结构件疲劳寿命的估算精度。对长寿命、大规模的MSD结构件使用此方法,能够在显著减小其计算规模的同时,得到一个较为精确的保守解。

基于飞行载荷的LC9铝合金腐蚀疲劳裂纹扩展

通过在EXCO溶液中浸润不同时间获得了LC9铝合金不同程度的腐蚀损伤,研究了在飞行谱作用下的LC9铝合金腐蚀坑萌生裂纹的扩展行为。结果表明,腐蚀损伤会严重降低试件的疲劳寿命,且腐蚀坑深度是描述腐蚀损伤和预测疲劳寿命的合适特征参数。基于AFGROW软件对预腐蚀试件疲劳寿命进行了预测,获得了较为有价值的结果。

含预制裂纹岩石试样在动载荷作用下破裂模式的数值模拟

本文利用岩石破裂过程分析系统(RFPA)研究了含有不同角度预制裂纹的岩石试样在动态载荷作用下的破坏过程。数值模拟表明:应力峰值较小时,试样的破裂模式与静态载荷作用下的破裂模式相似;应力峰值较大时,试样的破坏区主要集中在试样顶端。在相同的应力峰值条件下,试样的最终破坏模式基本不受预制裂纹的倾角的影响。数值模拟得到的破裂模式与实验结果比较吻合。

循环载荷下热疲劳裂纹的应力强度因子

为揭示循环温度载荷对热疲劳裂纹应力强度因子的影响规律,考虑材料的多线性塑性随动强化性质,用有限元法计算多种循环载荷作用下裂尖点的应力-应变和热疲劳裂纹的应力强度因子。该应力强度因子值由裂尖附近压缩塑性应变的累积量决定。压缩塑性应变对温度载荷的作用次序敏感,因此应力强度因子也受到温度载荷的作用次序的影响。恒温度幅循环条件下,如果不考虑裂纹扩展,热疲劳裂纹的应力强度因子不随循环次数变化。变温度幅循环条件下,低温循环不会影响其后的高温循环应力强度因子;高温循环却影响其后的低温循环应力强度因子,并使得低温循环的应力强度因子与高温循环的应力强度因子相同,因此突发的高温载荷严重威胁高温构件的寿命。热疲劳裂纹扩展试验证明了有限元计算结果的正确性。

冲击和非冲击疲劳载荷下过载对裂纹扩展的影响

对12CrNi3A 钢在冲击和非冲击疲劳栽荷下的过载裂纹扩展延迟效应研究表明:过载对随后裂纹扩展的影响不仅取决于过载力作用下的裂尖塑变,还取决于随后基载力作用下的裂尖塑变.过载对随后裂纹扩展的影响存在两个互为矛盾的方面:一是裂尖塑变损伤促进裂纹扩展;另一是产生残余压应力场和闭合效应延缓裂纹扩展,两方面共同作用结果才能最终决定对随后裂纹扩展的影响.实验结果还表明,冲击疲劳载荷下的过载延迟效应与过载力的冲击速度有关,相同条件下,冲击疲劳载荷下的延迟期 Nd 高于非冲击疲劳载荷;各种因素对过载延迟的影响程度在两种载荷制度下不相同.

变幅载荷下疲劳裂纹扩展规律试验研究综述

文章对最近10年来有关变幅载荷下材料疲劳裂纹扩展和失效规律的实验研究方面的最新成果进行了归纳总结。综述内容包括:过载、低载在疲劳裂纹扩展中的作用;过载-低载组合作用时裂纹扩展的情况;基线载荷的影响;块载大小、长度对疲劳裂纹扩展的影响;试件影响;低于应力强度因子门槛值的小应力在变载疲劳裂纹扩展中的表现等六个方面。通过这一综述,进一步验证了部分结论的正确性,同时也发现了部分结论的不完善性。文中也提出了变幅载荷下疲劳裂纹扩展模型的初步设想。

压载荷对疲劳裂纹在Paris区内扩展影响的有限元研究

以7049-UA铝合金为研究对象,用弹塑性有限元方法分析拉压循环载荷下,三条不同裂纹长度的裂尖应力场,通过裂尖的应力状态定义一个考虑压载荷影响的有效应力强度因子范围参数ΔKef′f,并利用此参数,定量分析循环拉压载荷对铝合金疲劳裂纹扩展的促进作用,并提出一种简便的利用有限元方法拟合应力比为负值时Paris区的疲劳裂纹扩展速率的方法,与已发表的实验数据相比较,得到较好的验证。

载荷频率和热处理对压铸镁合金AZ91HP疲劳裂纹扩展速率的影响

在保留压铸态截面的条件下 ,通过对压铸 (F )、固溶 (T 4 )和峰时效 (T 6 )三种热处理状态的压铸镁合金AZ91HP薄板试样在不同频率下的疲劳裂纹扩展速率试验结果的分析发现 ,疲劳裂纹扩展速率随着加载频率的提高而降低。固溶处理能够降低疲劳裂纹扩展速率 。

基于DIC谐振载荷作用下疲劳裂纹尖端位移应变场测量

为测量谐振式疲劳裂纹扩展试验中紧凑拉伸(compact tension,CT)试件在高频正弦交变载荷作用下裂纹尖端区域位移和应变场的变化规律,提出基于数字图像相关(digital image correlation,DIC)方法和数字化高速摄像技术相结合的动态位移和应变场测量方法。用数字化高速摄像设备采集正弦交变载荷作用下系列CT试件数字散斑图像,用DIC方法计算每幅图像裂纹尖端区域位移和应变场,选取裂纹尖端区域特征点,采用最小二乘正弦拟合方法,求出其正弦规律的变化曲线及振幅、相位、平均载荷等特征量,将拟合出的应变或位移正弦曲线和所对应的系列散斑图像进行匹配,得到一个应力循环内特征位置的图像及其相应位移及应变场,研究其变化规律。采用动态高精度应变仪测量CT试件在一个应力循环内裂纹尖端点的应变值。实验结果表明,DIC应变测量最大误差为4.12%,该方法具有理论意义和应用价值。

改进的统一疲劳裂纹扩展速率预报模型对合金在常幅载荷下普遍适用性的研究(英文)

精确预报金属结构的疲劳对确保结构安全及指导结构设计与维修具有重要的意义。作者们基于McEvily模型提出了一个改进的统一疲劳裂纹扩展速率模型,其将疲劳裂纹扩展的三个扩展区域统一起来,并能解释更多的疲劳试验现象。文中对该模型进行了详细阐述,同时对模型参数的工程预报方法进行了讨论。为了进一步检验本模型的可靠性,还对不同载荷比下各种材料疲劳裂纹扩展率的预报结果与实验结果进行了对比,对比结果证明了该模型的准确性及其在常幅载荷下对不同材料的普遍适用性。

载荷频率对690(TT)合金腐蚀疲劳裂纹扩展行为的影响

通过研究载荷频率变化对690(TT)合金在含饱和氧的模拟压水堆一回路水环境中腐蚀疲劳裂纹扩展行为的影响,得到以下结论:随着载荷频率的降低,裂纹扩展速率(CGR)和环境影响因子(F_(en))均随之增大;裂纹扩展路径为穿晶型,在频率较低或应力比R较大时出现较多的支裂纹;断口呈典型的腐蚀疲劳断裂特征,裂纹在三维空间中扩展,可观察较多的微裂纹。

厚钢板焊缝断裂试样疲劳裂纹预制的“高K比法”

提出了预制厚钢板焊缝断裂韧度试样疲劳裂纹的“高K比法”。用“高K比法”预制疲劳裂纹,不需要对焊缝试样进行局部韧带压缩或反向弯曲等预处理,简化了焊接接头断裂韧度试验方法,而且此法不改变原焊缝残余应力,所得到的焊缝断裂韧度值更准确,有效地解决了厚钢板焊接接头韧度评定技术的关键问题。“高K比法”可以缩短断裂韧度试验所需的时间、减少备用试样、节约人力物力。介绍了“高K比法”的试验原理、试验方法、工程应用和意义。

谱载荷下疲劳裂纹扩展随机规律的实验研究

简要介绍了谱载荷下疲劳裂纹扩展试验的理论基础、方法和过程 .讨论了各种数据处理方法对参数估计的影响 ,研究了疲劳裂纹扩展的随机规律 .由试验得到的疲劳裂纹扩展试验数据估计了裂纹扩展方程的参数 ,计算出结构可靠度曲线 .通过对试验结果的分析验证了以下结论 :以时间为参量的裂纹扩展随机过程模型和以裂纹长度为参量的模型在一定条件下是统一的 ;数据处理方法的选择与可靠性分析的结果有密切的联系 ;裂纹扩展寿命受裂纹扩展随机过程相关性的影响 .

980钢焊接接头在谱载荷作用下的疲劳裂纹扩展

对 98 0钢焊接接头在谱载荷作用下的疲劳裂纹扩展行为进行了初步研究。用 980钢焊接接头制成两种标准CT试件 ,裂纹分别开在焊缝金属上和焊趾处平行于焊缝方向 ,在两种谱载荷下进行了疲劳裂纹扩展试验。采用Wheeler模型进行谱载荷作用下裂纹扩展分析 ,得到焊缝金属的载荷延滞效应明显 。