EXPERIMENTAL INVESTIGATION ON FATIGUE CRACK PROPAGATION UNDER TENSION-TORSION LOADING

Various proportional and nonproportional tension-torsion fatigue tests are conducted on aeronautical material-LY12CZ aluminum alloy. The stress and strain states under tension-torsion loading are analyzed by an elastic-plastic finite element method. The relation between the orientation of crack propagation and each stress and strain component is investigated. Analytical results are compared with experimental data. Results demonstrate that the fatigue cracks tend to be propagated perpendicular to the direction of the largest principle strains under proportional loading, and grow alone one of the maximum shear strain planes under 45° and 90° out-of-phase loadings.

316H不锈钢蠕变-疲劳缺口效应及损伤考核准则分析

通过开展光滑试样和不同V型缺口试样载荷控制下的蠕变-疲劳试验,研究了载荷水平、保载时间、缺口尺寸对316H不锈钢在600℃试验温度下蠕变-疲劳寿命的影响及缺口效应,探讨了ASME BPVC III-NH卷中316不锈钢蠕变-疲劳考核准则对于316H缺口试样的适用性。结果表明:316H不锈钢蠕变-疲劳寿命在短时保载下表现出缺口削弱作用,长时保载下表现出缺口强化作用;随着保载时间的增加,可观察到断口处裂纹扩展区凹坑和凸起变多,瞬断区韧窝变大变深;根据现有的试验结果,ASME规范中316不锈钢蠕变-疲劳考核准则适用于缺口构件。

材料多轴高低周疲劳失效准则的研究进展

多轴疲劳自研究以来,对于高周疲劳和低周疲劳分别出现了许多方法和准则。高周多轴疲劳的研究准则包括等效应力准则、临界面应力准则和应力不变量准则,其中研究比较多的是临界面应力准则。低周多轴疲劳的研究准则包括等效应变准则、临界面应变准则和能量准则,其中研究比较多的是临界面应变准则和能量准则。在这些准则中,真正普遍接受和有工程价值的并不多。文中就国内外多轴疲劳研究发展中比较有价值的准则进行概括和总结,简述各种准则的优缺点及其适用范围。

轮胎疲劳失效研究综述

轮胎寿命对车辆行驶安全性影响巨大,而轮胎失效方式主要是疲劳失效。针对轮胎的疲劳失效,综述国内外疲劳失效的几种研究方法的特点和应用状况,认为裂纹扩展方法为主要的研究方法;而在基于该方法的研究中,疲劳失效评价指标的合理确定,直接影响到轮胎疲劳寿命的评价;疲劳寿命预报的模型分析技术也是目前轮胎失效研究亟待解决的技术难题之一。通过对目前所使用的评价指标的相关文献和理论调查,指出采用断裂能指标对寿命的预测比其他指标更合理。在对比了目前用来建立疲劳寿命预报模型的分析技术后,指出基于裂纹扩展方法,结合考虑温度效应的断裂能评价指标,并采用EDT分析技术建立疲劳寿命预报模型,预测轮胎疲劳寿命,将是分析轮胎疲劳失效比较有效的途径。

多轴高周疲劳失效准则的对比分析

采用多种材料、多种加载方式的数据对多轴高周疲劳中比较常用的6个失效准则进行了对比分析.选取的准则涵盖目前研究的各个方面,包括等效应力准则、应力不变量准则和临界面应力准则;选用的数据包括合金钢、低碳钢、铝合金和铸铁等10种金属材料;加载方式包括比例加载和非比例加载;对比方式包括对同种材料不同准则之间的横向比较和同一准则对不同材料的纵向比较.对比分析的结果表明,6种准则对于低碳钢及合金钢材料的预测结果优于其它材料;比例加载的预测结果优于非比例加载;预测结果较满意的是Papadopoulos准则、Susmel准则和Liu准则.此外,6种准则对于铸铁的预测结果均不理想.

轮边减速器行星架结构强度和疲劳寿命分析

利用有限元法,分析了某型工程车辆轮边减速器行星架的应力分布状况。引入"应力分类"的概念,对最大载荷下行星架应力场进行分析,采用"分析设计"准则进行了结构强度校核;利用专业疲劳分析软件nSoft,预测了行星架在存活率为50%和99%下的疲劳寿命,并确定了行星架的危险部位。计算结果表明该行星架强度和疲劳寿命满足设计要求。

材料多轴疲劳破坏准则回顾

对多轴疲劳载荷作用下材料的疲劳破坏准则作了系统的回顾 ,按照用于描述材料疲劳破坏的参量 ,将多轴疲劳破坏准则划分为三类 ,应力准则、应变准则、能量准则。分别对这三种准则按多轴比例加载及多轴非比例加载两种情况进行阐述 。

高速动车组动力轮对车轮疲劳强度研究

在高速动车组动力轮对车轮疲劳强度的研究中,机车车辆非轴对称车轮辐板孔疲劳强度校核常用多轴准则较多,针对各疲劳准则得到的辐板孔疲劳强度评定结果存在差异,通过对比分析各常用多轴准则下辐板孔安全系数的方式,确定安全度最大的多轴疲劳评定准则,同时使用单轴疲劳准则和Haigh-Goodman曲线对辐板非孔区域进行研究,指出非孔区域安全系数较小的位置。为此,基于某高速动车组非轴对称车轮,在确定计算载荷工况的情况下进行有限元分析和疲劳强度评定。计算结果表明,在Sines、Crossland、Kakuno-Kawada和Dang Van四种常用多轴疲劳破坏准则中,使用Kakuno-Kawada准则评定辐板孔疲劳强度最安全;对于辐板非孔区域,直辐板与轮毂的过渡区域和直辐板与轮辋的过渡区域的安全系数较小;车轮辐板区域的疲劳强度满足要求。

往复荷载下钢结构节点的超低周疲劳断裂预测

进行了一个方钢管柱与H形钢梁直接焊接节点试件在往复荷载作用下的试验和有限元分析,采用已校准的微观断裂判据退化有效塑性应变模型(DSPS)和循环空穴扩张模型(CVGM)对其进行了超低周疲劳断裂预测,并对两个栓焊混接边柱节点试件进行了预测.预测结果与试验结果相比有较高的精确度.随后进行了损伤退化参数对断裂预测结果的敏感性分析,得出其取值对预测结果不敏感.因此,微观断裂判据对钢结构节点的超低周疲劳断裂预测有较好的适用性.

蠕变-疲劳载荷下高温结构的缺口效应研究进展

随着能源短缺问题的不断突出,高参数(高温、高压等)装备的研发成为工业节能降耗的重要手段,如超超临界汽轮机、航空发动机等高端装备。工程实际中,高参数装备的失效多源于缺口等局部不连续部位,其在蠕变-疲劳等复杂载荷下的强度分析和设计是当前研究的热点与难点。系统回顾了蠕变-疲劳载荷下含缺口构件的试验、本构模型、寿命预测、数值分析及考核准则方面的研究进展,主要包括:蠕变-疲劳载荷下的新本构关系及应用;高温强度和寿命分析的新模型及新方法;简化模型试验方法及蠕变-疲劳强度考核准则。总结这一领域的热点和研究展望,可为高参数装备在蠕变-疲劳等复杂载荷下的强度分析与设计提供一定技术支持与借鉴。

一种多轴非比例载荷低周疲劳寿命预测方法

利用Itoh等人提出的非比例参数 ,提出一种非比例载荷下多轴低周疲劳寿命预测方法 ,提出几种不同非比例参数 。

振动法水泥稳定砾石的力学疲劳特性与强度标准

为确保振动法水泥稳定砾石(VTM-CSG)基层在交通荷载反复作用下不出现疲劳破坏,研究了VTM-CSG的疲劳特性与不同龄期的力学强度(无侧限抗压强度、劈裂强度与抗压回弹模量);基于路面荷载响应、VTM-CSG的力学与疲劳特性,结合Miner疲劳累积损伤理论,提出了抗疲劳开裂的VTM-CSG强度标准.结果表明:VTM-CSG力学强度随水泥剂量的增加呈线性增加、随养生龄期的延长呈非线性增长,采用骨架密实级配可提高VTM-CSG的力学强度;所建立的VTMCSG强度增长方程可较为精确地表征其强度增长特性;当试验条件受限时,可利用所建立的力学指标间的关系模型来预估其他力学强度.通过回归分析建立的VTM-CSG疲劳方程表明,在高应力水平下骨架密实级配VTM-CSG的疲劳性能优于悬浮密实级配VTM-CSG;提出了控制疲劳开裂的VTM-CSG的7d无侧限抗压强度标准与7d劈裂强度标准,该标准与路面结构、VTM-CSG的材料属性以及使用寿命相关联,实现了结构与材料一体化控制VTM-CSG基层开裂的目的.

轮盘和螺栓预紧力对车轮疲劳强度的影响

根据UIC510-5标准,使用单轴疲劳准则对辐板非孔区域进行分析,应用Crossland和Dang Van多轴疲劳准则分析定位销安装孔和螺栓孔的疲劳强度,分析结果表明:制动盘的安装使辐板孔区域、辐板与轮毂过渡区域,以及辐板与轮辋过渡区域的最小安全系数增大;螺栓预紧力由47.62k N增大至64.94k N,车轮辐板各区域的安全系数变化较小;相对于Crossland准则,使用Dang Van多轴疲劳准则评定辐板孔区域疲劳强度得到的安全系数较小;车轮辐板区域最小安全系数为1.17,其疲劳强度满足要求。

陶瓷的高温疲劳失效破坏准则

对陶瓷高温疲劳破坏特性进行了研究,并提出高温疲劳评价方法和破坏准则。第一准则是评价疲劳强度-寿命的疲劳破坏准则;第二准则是评价热应变一时间的热应变损伤准则;第三准则是评价变形-应力-时间的高温疲劳变形准则。文中还提出了评价强度-寿命的逐级加载法,该法节省试验时间、使用方便。

减振器橡胶衬套疲劳失效的试验研究

减振器橡胶衬套因具有显著的隔振降噪、抗冲击等优点而广泛应用于汽车减振器中。由于车轴相对于车身的运动,实车减振器橡胶衬套要承受交变载荷作用,因此很容易出现疲劳破坏。根据某车用减振器橡胶衬套的实际使用工况,确定了橡胶衬套疲劳试验条件,采用曲柄连杆双弹簧橡胶衬套疲劳试验系统对橡胶衬套试件进行疲劳试验,依据橡胶衬套疲劳失效的判断准则,分析判断该试件是否发生疲劳失效,从而为橡胶衬套的结构优化和橡胶配方改进提供试验依据。

基于多轴准则的焊接构架疲劳强度分析方法

根据节点几何特征,提出焊缝坐标系的建立方法,计算节点在焊缝坐标系下的应力分量。参照DVS1612标准,提出基于多轴准则的结构疲劳强度分析方法。对地铁车辆转向架焊接构架典型焊缝的疲劳强度进行评估,指出所研究焊缝的疲劳强度主要受正应力分量的影响,剪应力对结构疲劳强度的影响较小。对比研究了不同分析方法下的节点材料利用度特征。结果表明,在压缩应力占主导的区域,基于多轴准则的分析方法将使评估结果偏于安全;对于抗疲劳能力较差的接头,基于多轴准则的分析方法,采用DVS 1612标准提供的疲劳曲线将获得偏于保守的计算结果。

纤维增强树脂基复合材料多轴疲劳研究进展

纤维增强树脂基复合材料结构在工程应用中常常承受复杂载荷的作用,从而使材料处于多轴循环应力条件下．为了更加合理地进行复合材料结构设计,必须对复合材料多轴疲劳行为进行深入的研究,建立比较理想的复合材料疲劳寿命预测模型．首先简单回顾了复合材料单轴疲劳损伤判据及其寿命预测模型,然后结合作者的研究结果,总结了近年来国内外纤维增强树脂基复合材料多轴疲劳理论的研究成果,对各种失效准则、疲劳寿命预测模型进行了较为深入的分析,指出了它们各自的特点及其存在的问题,并对复合材料多轴疲劳理论的研究趋势作出了展望．最后,对目前常用的复合材料多轴疲劳实验方法进行了总结,并指出了各种方法的优缺点及其实验中存在的困难．

连续宽箱组合梁桥混凝土桥面板的疲劳损伤度

以杭州九堡大桥北引桥工程为背景,在已知疲劳设计车辆荷载模型的基础上,利用有限元法计算了车辆荷载下组合梁桥桥面板局部钢筋的应力历程.根据预测交通量,采用雨流法,换算得到了桥面板钢筋的应力谱,并用累计损伤准则得到了钢筋的疲劳损伤.对各车道在车轮局部荷载作用下钢筋的等效应力幅进行了对比,找到了最不利的车道受力位置,并对重车比例对混凝土桥面板的疲劳损伤的影响进行了比较.分析结果表明:如果仅按照静力标准设计,连续宽箱组合梁桥桥面板在100年设计使用期内出现疲劳破坏的可能性很大,设计时应充分考虑疲劳的影响,慢车道位置的合理布置以及减少重车的比例对桥面板的疲劳性能有显著的提高.

武汉体育中心游泳馆屋顶网架结构风致疲劳性能分析

以武汉体育中心游泳馆屋顶网架结构为研究对象,分析其在随机风荷载作用下的疲劳损伤性能。先根据该结构风洞试验结果结合数值模拟得到作用在结构上的风荷载,再利用ANSYS对结构进行应变时程分析,通过雨流计数法进行应变循环历程统计,最后基于Miner损伤准则计算总累加损伤和估算疲劳寿命。据此编制了适用于网架结构疲劳分析的程序,可计算出所有杆件在不同工况下的风致疲劳损伤值和疲劳寿命。为了研究结构在损伤情况下的疲劳性能,分析获得了不同风向角下的易损杆件,假设这些杆件首先发生刚度降低,来分析结构完好、有损伤结构在设计风速和良态风速下的疲劳性能。结果表明:在设计风速下结构完好时,有杆件会发生疲劳损伤或破坏;随着结构刚度降低,发生疲劳损伤和破坏的杆件数量大幅增加;即使是在良态风速下,随着结构刚度降低,在100年建筑使用寿命内也出现了杆件疲劳损伤和破坏;对网架结构来说,特别是当结构有损伤服役时,风致疲劳是结构巨大安全隐患,应引起高度重视。

张世明教授运动性疲劳中医分型诊断标准

张世明教授及其研究团队在传统中医理论基础上,对运动性疲劳进行中医辨证分型研究。经过多项课题研究和备战奥运会、亚运会的科技攻关服务经验积累,提出了运动性疲劳中医证候诊断标准。早期归纳出运动疲劳的三种类型、九种常见证,经后期实践和研究,总结为三个类型、十二种常见的运动性疲劳证型。