Prediction of low-cycle crack initiation life of powder superalloy FGH96 with inclusions based on damage mechanics

The effects of inclusions in powder superalloy FGH96 on low-cycle fatigue life were studied, and a low-cycle crack initiation life prediction model based on the theory of damage mechanics was proposed. The damage characterization parameter was proposed after the construction of damage evolution equations. Fatigue tests of the powder superalloy specimens with and without inclusion were conducted at 530 and 600 ℃, and the model verification was carried out for specimens with elliptical, semi-elliptical, polygon and strip-shaped surface/subsurface inclusion. The stress analysis was performed by finite element simulation and the predicted life was calculated. The results showed a satisfying agreement between predicted and experimental life.

铁路车轮轮辋疲劳裂纹和踏面剥离掉块的微观伤损因素分析

以某型铁道车辆装用的3组(20个为1组)车轮(其中,1组车轮的轮辋出现疲劳裂纹,1组车轮的踏面存在剥离掉块,1组车轮运行30万km未出现伤损)为研究对象,采用ASPEX自动扫描电镜系统研究3组车轮轮辋中非金属夹杂物的组成、性质及定量关系,并采用扫描电子显微镜和金相显微镜,研究轮辋疲劳裂纹、踏面剥离的伤损形貌和特征,分析导致轮辋疲劳裂纹和踏面剥离的微观伤损因素。结果表明:辋裂车轮中的非金属夹杂物以脆性夹杂物为主,约占非金属夹杂物总数的85%,并且断口中存在的毫米级脆性氧化物类夹杂物属于冶炼或浇注过程中混入的耐材或熔渣等外来物,这是轮辋疲劳裂纹形成的主要原因;在踏面剥离掉块车轮和未损伤车轮中,塑性非金属夹杂物占绝对多数,分别约占非金属夹杂物总数的84%和93%,踏面剥离掉块车轮的踏面塑性变形层平均厚度约为1mm,为未伤损车轮踏面塑性变形层的10倍,说明踏面塑性变形层的相对变形量较大是导致车轮踏面剥离掉块的主要原因。

基于损伤累积和权重参数的重载铁路曲线内轨裂纹萌生特征及剥离掉块分析

基于单轮对荷载作用下钢轨滚动接触疲劳裂纹萌生寿命的预测方法,结合疲劳损伤累积理论,提出基于疲劳损伤累积的钢轨裂纹萌生寿命预测方法,确定转向架前、后轮对累积荷载作用下重载铁路曲线内轨裂纹的萌生寿命及其特征;构造权重参数,用以表征前、后轮对在内轨裂纹萌生过程中各自的作用权重。采用SIMPACK仿真软件建立C70型货车、LM型车轮踏面、U75V钢轨构成的车辆—轨道模型,预测不同曲线半径、超高、轨底坡和摩擦系数工况下内轨裂纹的萌生寿命、萌生位置和开裂方向、权重参数,并与现场试验进行对比。结果表明:内轨裂纹的萌生要早于外轨,并发生在距离轨顶约2~3mm的轨头次表面,车轮对内轨的磨耗作用不大;在内轨裂纹的萌生过程中,随着轨道条件的变化,轮对的权重取值范围可以划分为3个区域,分别对应前轮对作用权重绝对大和相对大以及后轮对作用权重相对大3类情况;大多数内轨裂纹的开裂方向分布在一定的范围之内,但有少部分裂纹的开裂方向异常且在扩展过程中容易产生剥离掉块。

铸造热轧带钢工作辊的剥落失效与预防措施

论述了在热轧带钢生产过程中工作辊剥落失效的主要形式,包括马鞍形剥落、带状疲劳剥落、结合层处脱落、辊肩脱落等。预防措施主要是避免轧辊产生应力集中和轧制过载、避免轧制事故如带钢与轧辊粘钢、制定合理的轧辊磨削工艺、减少轧辊材料中的参杂物等。从而为建立良好的轧辊利用和管理制度提供借鉴,以消除剥落,提高轧辊使用寿命。

剥落型矿柱与早强胶结充填体相互作用损伤演化分析

为了研究矿柱底部严重剥落形成的上宽下窄型矿柱与早强胶结充填体的相互作用,进行了现场地质调查,选用石蜡模拟早强胶结充填体进行室内试验,同时进行数值模型的构建和试验模拟研究。试验结果表明:在加载过程中,破坏主要发生在矿岩中,石蜡充填体由于具有较强的变形能力,没有明显的破坏裂纹;矿岩中的裂纹主要沿矿岩和充填体接触面进行延展,直至延伸至临空面破坏;试样表壁的石蜡薄层表征显示在加载过程中,在试样表壁大的裂纹带附近伴随小裂纹产生。通过相关研究,厘清剥落型矿柱与早强充填体的相互作用机理及破坏规律,以便开展针对性的矿柱补强,确保充填采场安全稳定。

夹杂物问题应力场的数值计算

等效夹杂物方法是细观力学中的一种重要方法 ,文中编制的数值计算程序能在考虑多个夹杂物相互响应的情况下计算材料应力、应变场 ,并实现了计算结果的三维显示 .计算结果与文献中的计算结果非常吻合 .本文编制的数值计算程序不仅可以用于研究复合材料的损伤演化及失效 ,而且利用特殊构型的椭球空洞来模拟裂纹 ,可以计算裂纹群的应力。

冷轧平整工作辊剥落失效分析

分析了冷轧平整工作辊两处大面积剥落的形貌、组织和失效原因,得出减少夹杂物含量、避免轧辊辊面损伤可有效避免此类事故的发生。

夹杂对粉末冶金CT试样断裂性能影响的计算研究

采用GURSON本构方程对含夹杂粉末冶金材料紧凑拉伸试样进行了有限元分析,模拟了裂尖与夹杂的相互作用对基体的损伤及裂纹扩展性能的影响.圆形夹杂对基体材料的损伤及裂纹扩展性能是最保守的形状,对于椭圆形夹杂,硬夹杂在椭圆横向受力较为安全,而软夹杂则相反,在椭圆纵向受力对基体的损伤更小.

500kV超高压输电线路架空地线频繁断股原因分析

某500kV超高压输电线路架空地线频繁断股,采用宏观形貌检查、断口SEM检测、显微组织检测、力学性能检测及镀锌层质量检测等方法,对架空地线断股原因进行分析。结果表明:架空地线采用的镀锌钢线材料中存在超标脱碳层、非金属夹杂物及网带状铁素体等冶金及热加工缺陷,造成钢线的强度和韧性均不合格;同时,在钢线表面存在裂纹及尖锐凹坑等缺陷,在大风等恶劣气象条件下的拉应力载荷作用下,钢线表面沿裂纹及尖锐凹坑等应力集中部位发生脆性断裂。

白鹤滩水电站左岸地下厂房围岩破坏研究

为了研究白鹤滩水电站左岸地下厂房围岩变形破坏问题,通过对厂房的现场调查,对其基本破坏类型进行归纳:片帮剥落、围岩外鼓、围岩开裂,并存在渗漏、异类物质析出等现象。同时结合数值模拟,对开挖期间围岩破坏机理进行分析。结果表明:在开挖作用下,左岸地下厂房应力进行二次分布,并在上游顶拱、拱肩及边墙部位围岩形成多个应力集中区,超过围岩片帮破坏临界界值,最终发生片帮等多种破坏。主厂房上游存在多个长大裂隙,其力学参数低,承载能力弱,在开挖作用下诱发主厂房上游发生诸如围岩外鼓折断、裂隙开裂、渗水、钙类物质析出等多种围岩破坏,并导致其临近区域应力异常增大,甚至出现片帮破坏。在后期开挖过程中应密切关注主厂房上游围岩稳定性。

热轧辊轴承失效分析

通过对热轧辊轴承失效件的化学成分、金相组织、夹杂物观察、表层碳浓度和表面硬度测量、剥落块显微形貌分析,结果表明轴承工作面产生早期失效的原因是:较大尺寸的夹杂物在切应力的作用下萌生微裂纹成为疲劳源,疲劳裂纹倾斜扩展至表面从而导致轴承圈工作面产生剥落损伤。

界面拉伸强度对含夹杂粉末高温合金断裂性能的影响

采用GURSON本构方程对粉末冶金材料Ⅰ型裂纹紧凑拉伸试样进行了有限元分析,模拟了夹杂与基体之间的不同界面拉伸强度对基体的损伤及裂纹扩展性能的影响。夹杂与基体间的界面不产生开裂,基体材料的损伤及微裂纹源集中于切口区域,且有最小值;当夹杂从基体上沿界面逐渐脱落时,基体损伤及微裂纹源集中于夹杂周围区域,且在界面拉伸强度等于基体材料的屈服强度时,基体损伤最小,对大多数夹杂,基体最大等效塑性应变也最小。

夹杂物对粉末高温合金材料裂纹萌生的影响

粉末高温合金以其优越的高温力学性能成为了现代发动机涡轮盘的首选材料。然而由于制造工艺问题,粉末合金涡轮盘在制造过程中无法避免存在其他金属夹杂物,这些夹杂物易成为材料的裂纹源,对材料使用寿命造成影响。以第二代粉末高温合金FGH96为研究对象,取氧化铝为主要夹杂物,采用损伤力学分析模型,对粉末高温合金典型缺陷进行分析计算。使用有限元分析软件,探究了粉末高温合金中夹杂物不同尺寸、位置以及形状对应力场的影响,进而考虑其对裂纹萌生的影响。为进一步分析裂纹萌生寿命和改进工艺设计提供依据。

动车与拖车ER8钢车轮轮毂表面的微动损伤行为

以在我国西北风沙环境下运行1.73×10^(6)km的动车组动车和拖车ER8钢车轮轮毂为研究对象,通过硬度测试、表面和截面损伤形貌观察等方法,分析了动车和拖车车轮轮毂表面的微动损伤行为。结果表明:动车车轮轮毂表面平均硬度约为335 HV,硬化层深度约为300μm,最大塑性变形层厚度约为29μm,均大于拖车车轮轮毂(310 HV,250μm,25μm);拖车车轮轮毂表面损伤以相互交错的浅犁沟为主,同时存在较多连片的剥落坑和疲劳裂纹,并发生氧化磨损,截面损伤以剥落为主,部分区域还存在小角度的长裂纹;动车车轮轮毂表面损伤主要为方向一致的深犁沟和少量大剥落坑,表面疲劳裂纹较少,截面损伤以小角度长裂纹为主,部分区域表层存在沿塑性变形线向内部扩展的裂纹。

热轧带钢精轧工作辊的剥落失效与预防

论述了在热轧带钢生产过程中工作辊剥落失效的主要形式,包括马鞍形剥落、带状疲劳剥落、结合层处脱落、辊肩脱落等。采取措施避免轧辊产生应力集中和轧制过载、避免轧制事故如带钢与轧辊粘钢、以及制定合理的轧辊俢磨工艺、减少轧辊材料中的夹杂物等。从而为建立良好的轧辊利用和管理制度提供建议,以消除剥落,提高轧辊使用寿命。

列车车轮辋裂机理研究进展

随着高速公路与重载铁路的发展,列车车轮辋裂问题变得更加显著,目前尚无根本解决办法。为此,对国内外列车车轮辋裂的分析方法、形成机理、影响因素以及检测技术进行归纳,旨在提升车轮材料疲劳强度,延长车轮使用寿命。总结了列车车轮辋裂的分析方法,主要包括疲劳失效理论和断裂力学理论;从列车轮辋疲劳裂纹萌生和扩展两个阶段综述了引发列车车轮辋裂的损伤机理,其中轮辋中夹杂物是疲劳裂纹萌生及扩展的关键因素。结合已有的研究成果,概括了列车车轮辋裂的检测技术,并探讨了列车车轮辋裂问题的未来研究方向。

基于计算机视觉的建筑外墙剥落和裂缝两阶段检测方法

地震灾害中,对建筑物外墙立面损伤状况进行快速检测有利于灾情评估与灾后重建。为实现建筑外墙立面剥落和裂缝的自动化非接触式检测,提出了一种结合深度学习与图像处理的外墙损伤定位与量化评估的两阶段检测方法。通过建立并标定北川老县城地震破坏房屋数据集,采用基于损失函数模型Focal Loss的目标检测网络定位破损区域目标框,并克服小尺度区域的正负样本不均衡问题。根据提取的目标破损区域单幅图像,提出图像滤波、阈值分割和形态学操作的组合处理流程,进行贴面砖墙面下剥落和裂缝的像素级别分割与提取。进一步结合像素尺度与物理尺度的映射关系,完成剥落面积、裂缝宽度等关键破损信息的计算与识别。结果表明,该方法可较好地对震后建筑物外墙立面的墙面剥落和裂缝进行定位和提取,对墙面损伤可实现像素级分割并准确地识别损伤关键物理参数,能实现对建筑物震后损伤的准确和快速检测。