拉扭加载下疲劳裂纹扩展的试验研究

对航空材料LY12CZ进行了多种比例和非比例拉扭双轴加载下的疲劳试验。采用弹塑性有限元方法对缺口孔边的应力应变进行了分析,探讨疲劳裂纹扩展方向与孔边各应力和应变分量之间的关系。比较分析结果与试验数据得出比例加载下,疲劳裂纹基本上在垂直于最大主应变方向扩展。45°及90°非比例加载下,疲劳裂纹沿着最大剪应变平面扩展。     

考虑不同载荷顺序下应力损伤模糊性的Miner法则

针对传统Miner法则无法考虑载荷加载顺序的缺陷，应用模糊理论分析了不同载荷顺序下疲劳极限附近的应力对构件造成疲劳损伤的模糊性，使修正后的模糊Miner理论能够较好地反映出载荷加载顺序对疲劳寿命的影响。算例分析结果表明，该方法可使疲劳寿命的预测误差由原来的61．6％减小到21．7％。     

基于神经网络和小载荷的疲劳损伤计算

疲劳损伤计算的精确程度对于疲劳寿命的估算精度至关重要。机械零件或构件在服役期间所受到的载荷绝大部分是随机变幅载荷,各级载荷之间的相互作用效应十分明显,小载荷的强化损伤作用及其不确定性也不可忽视,因此,对于单次循环载荷对机械零件造成的损伤量计算问题必须综合考虑这些因素。提出了一种将非齐次泊松过程理论与小载荷及其不确定性和伴随损伤相结合来计算疲劳损伤量的方法。基于传统疲劳累积损伤理论,运用非齐次泊松过程模拟随机载荷,结合小载荷理论和不确定性理论,在考虑载荷作用次序的条件下,建立了机械零件在随机载荷作用下的疲劳损伤估算模型。该方法在理论层面上对已有的疲劳损伤计算理论有所补充,且采用神经网络的方法对幂律模型参数的估计可以产生更小的误差,45钢8级随机载荷的疲劳试验数据验证了该方法的准确性。     

地磁激励条件下X80钢拉伸疲劳过程磁记忆信号变化特征

疲劳破坏和应力性损伤是海洋立管主要损伤形式。为研究地磁激励下拉伸疲劳过程中典型海洋立管材质X80钢表面磁场信号变化规律，利用MTS810 250疲劳拉伸试验机对X80钢材质试样进行了典型工况下的疲劳拉伸试验。试验过程中借助磁记忆传感器监测拉伸试样表面的磁场变化，借助手持显微镜观察疲劳过程中试样疲劳破坏情况，借助扫面电镜分析断口形貌。结果表明：磁记忆对拉伸疲劳损伤敏感，提出了以去背景磁记忆信号极值H_E(X)、切向梯度信号极值的连线斜率S_K(X)为特征值的X80钢拉伸疲劳损伤磁记忆检测特征参数。在裂纹萌生时，H_E(X)和S_K(X)会出现过零点的现象；随着循环周次的增加，H_E(X)和S_K(X)增加的速度也逐渐加快，跟疲劳过程裂纹扩展规律一致，H_E(X)和S_K(X)能够很好地反映试样的疲劳破坏过程，可用于海洋立管疲劳损伤的监测。研究成果可为磁记忆检测方法在海洋立管疲劳损伤检测的现场应用提供参考。(图15，表1，参26)     

海底管道疲劳损伤与疲劳寿命的可靠性计算

将海底管道服役期内的长期海况看成由若干离散的短期海况组成,每一个海况的短期分布均服从Rayleigh分布。利用Miner线性累积损伤理论,通过模态分析和谱分析方法确定海底管道在各短期海况下的应力响应谱,研究波浪载荷作用下海底管道的疲劳损伤,结合S-N曲线对疲劳寿命进行可靠性分析,并研究相关参数对疲劳损伤和可靠性的影响。疲劳寿命是一个复杂的随机过程,综合疲劳强度的不确定性、疲劳载荷的随机性、计算应力范围与真实应力范围的不确定误差以及Miner线性累计损伤理论的近似性4个因素,得到了疲劳寿命的数学表达式和疲劳失效极限状态方程。以埕岛油田海底管道为例,分析了管道边界、悬空长度、水动力参数等对疲劳损伤和可靠性的影响,其中悬空长度对疲劳损伤和可靠性的影响最大,惯性力系数的影响次之,拖曳力系数的影响可以忽略。     

考虑应变率影响的单轴受压岩石动态变形过程模拟

针对岩石的动态变形特征，引进Kelvin模型，采用粘性元件和弹塑性元件模型并联的方法，建立岩石单轴压缩的受力分析模型，以此反映加载速度或应变率对岩石动态变形特性的影响。通过探讨岩石动态变形过程的体积变化影响，引进统计损伤理论，建立弹塑性体损伤统计本构模型。进而建立可反映加载速度或应变率影响的单轴受压岩石统计损伤本构模型，并提出其参数确定方法。实例分析表明：该模型不仅能反映岩石强度和弹性模量或刚度随应变率提高而增加的特性，而且能较好地模拟单轴受压岩石的动态变形过程，具有一定的合理性。     

GIS壳体焊缝缺陷的安全评定方法

针对某在役特高压电网GIS壳体焊缝发现的缺陷,引入缺陷断裂安全评定和疲劳评定方法。采用与原壳体相同的材料和焊接工艺制作的焊接试板,通过试验获得母材和焊缝试样的力学性能、疲劳裂纹扩展及断裂性能。采用GB/T 19624-2004《在用含缺陷压力容器安全评定》中的推荐方法,对壳体纵焊缝中两个最大缺陷进行断裂评定和疲劳评估。结果表明:该GIS壳体中的两个缺陷在当前工况下是安全的,按焊接试板测试的疲劳裂纹扩展速率估算,壳体左筒体缺陷的疲劳寿命循环次数为6 971次,壳体右筒体缺陷的疲劳寿命循环次数为37 915次,估算的疲劳寿命还有待于实践校验。建议在运行中特别关注缺陷疲劳扩展的状态监测,约5年后应进行无损检测,并与现缺陷对比,进行安全评定。评定结果与该设备投用以来的安全运行状态相符,说明,GB/T 19624-2004的评定方法可适用于高压电网GIS壳体的安全评定。     

甘蔗节点的切割试验

以海南省临高县青皮甘蔗为对象,利用WD-200B型电子式万能试验机对青皮甘蔗节点进行了切割力学试验研究。试验结果表明,同一加载速度250 mm/min下,甘蔗节点的切割力呈现从中部、根部、梢部、尾部逐渐减小的趋势;同一部位下,甘蔗节点的切割力随着加载速度的增大稍有波动。以加载速度、加载部位直径作为试验影响因素,采用正交试验方法分析各因素对甘蔗节点切割力的影响。结果表明,各因素对甘蔗节点切割力的影响为加载部位直径>加载速度。在加载速度为100 mm/min,粗直径的甘蔗节点的切割力最小。     

新型增强轻型木结构剪力墙端部面板钉节点受力性能

以新型增强轻型木结构剪力墙中端部面板钉节点为研究对象,依据美国规范ASTM-D1761试验方法制作试件,条带覆面板选用云杉-松-冷杉木板(SPF木板)和重组竹板,面板钉选用圆钉或自攻钉;对10组新型面板钉节点进行了单调加载试验,对比分析新型面板钉节点对节点破坏形态、荷载-位移曲线、极限承载力的影响。结果表明:重组竹板圆钉节点、传统定向刨花板(OSB板)钉节点的破坏形态,均表现为面板钉弯曲并拔出;重组竹自攻钉节点破坏形态主要表现为自攻钉断裂,SPF板钉节点破坏形态主要表现为木板横纹撕裂。加载方向垂直于骨架纤维方向钉节点的极限承载力,高于加载方向平行于骨架纤维方向钉节点的极限承载力。覆面板采用重组竹板、面板钉采用自攻钉,可有效提高面板钉节点的极限承载力。     

纤维水泥土疲劳性能试验研究

为探究加入纤维对水泥土疲劳性能的影响,采用电液伺服加载系统对玄武岩纤维水泥土试件开展单轴压缩疲劳试验。借助疲劳损伤实时监测系统及动态信号测试分析系统,从损伤参数A值的变化及试件轴向不可逆变形两方面分别描述了玄武岩纤维水泥土的疲劳损伤三阶段变化规律,分析结果发现两者变化规律基本对应;通过对比分析不同配比玄武岩纤维水泥土疲劳损伤各阶段的变化规律,发现玄武岩纤维对水泥土疲劳特性的改善主要是通过限制疲劳裂纹的形成和扩展,从而提高水泥土的疲劳寿命;水泥土的疲劳寿命与玄武岩纤维掺量在研究范围内近似呈正相关关系,其具体的关系式符合三参数二次函数模型。     

晶须增强金属基复合材料疲劳裂纹萌生寿命预报

利用等效夹杂理论计算基体中的应力。在应变控制状态下，导出了用有效应力预报疲劳寿命的方程。从理论上展示了各组分材料对疲劳裂纹萌生寿命的影响，并用寿命曲线表示出理论结果：晶须增强金属基复合材料的疲劳性能比纯基体的高；疲劳裂纹萌生寿命曲线与宏观疲劳寿命曲线形式类似、且存在疲劳裂纹萌生极限。     

疲劳累积损伤规律研究综述

疲劳累积损伤规律是疲劳研究中的关键问题之一.现有疲劳累积损伤规律可分为四类,即线性疲劳累积损伤理论、双线性疲劳累积损伤理论、非线性疲劳累积损伤理论和概率疲劳累积损伤理论.每一类理论都有代表性的模型,并各有其优缺点.寻找一个统一的既简单又符合实际损伤发展的疲劳累积损伤规律还是目前疲劳研究中的一个重要课题.     

基于非参数雨流外推法的车架载荷谱与疲劳寿命分析

针对农用机械工况复杂,受力多变,对结构件寿命影响很大的问题,以蔬菜田间作业动力机械车架为研究对象,对车架载荷谱及疲劳寿命情况进行研究。采用有限元分析方法,对车架进行应力分析并选取测点;采取建立由应变片、应变调理仪、信号采集仪等组成的应力载荷测试系统进行载荷测试试验,测得犁地和路面行驶2种典型工况下应力时间历程;拟用傅里叶变换频率检验和离散自函数平稳性分析方法,确定信号符合随机载荷信号特征;采用数据处理方法消除信号干扰因素。对测得应力载荷数据进行非参数雨流外推,基于外推结果编制车架应力载荷谱并进行疲劳寿命预测研究。结果表明:损伤值最大的测点寿命预估结果为1.043×1013 h,满足使用要求,该方法适用于农业机械结构载荷谱编制及疲劳寿命预测,可为农业机械结构载荷谱编制及疲劳寿命预估提供参考。     

基于Ⅰ-DEAS的翻车机可靠性疲劳寿命预测

使用Ⅰ-DEAS软件,依据累积疲劳损伤理论对翻车机进行了疲劳分析和疲劳寿命预测,编制了翻车机的载荷谱,建立了翻车机的疲劳损伤有限元分析模型,并利用Miner的疲劳损伤理论和S-N疲劳曲线,用有限元分析方法对翻车机的疲劳寿命进行了预测。实例分析结果表明,用该方法可有效地预测翻车机的疲劳寿命。     

工程结构蚀坑的腐蚀疲劳裂纹起始寿命预测

为了研究腐蚀疲劳裂纹在蚀坑处萌生位置差异的本质及预测腐蚀疲劳裂纹起始寿命,采用双参数模型描述点蚀坑形貌,并基于三维有限元模型分析不同点蚀坑形貌下的应力集中情况。基于此,分析了蚀坑深度、深径比及位置等参数对蚀坑不同位置应力集中的影响规律。依据腐蚀疲劳现象学观点,建立了三维双参数点蚀坑腐蚀疲劳裂纹萌生评估模型,分析不同蚀坑形貌下腐蚀疲劳裂纹萌生的临界值。研究表明:控制腐蚀疲劳裂纹萌生的条件主要为蚀坑深度和蚀坑形状;萌生于蚀坑处不同位置的腐蚀疲劳裂纹的临界值均可采用蚀坑临界深度值表示。所建模型的有效性和合理性得到了有效验证,为工程实际中遭受腐蚀疲劳损伤结构的腐蚀疲劳起始寿命预测提供了一种可行性方法。     

短纤维复合材料冲击后疲劳损伤及寿命预报

从损伤力学出发，对ＳＭＣ－Ｒ５０短纤维复合材料冲击损伤后疲劳损伤的发展进行了分析。给出了疲劳损伤速率方程。并通过实验对损伤发展进行了测量。同时给出了疲劳寿命预报方程及剩余寿命方程。结果表明，通过对损伤发展的监测，可预报疲劳破坏。     

应用AE和DIC原位监测含横纹裂纹木构件的裂纹演化规律试验研究

目的含横纹裂纹木构件的缺陷会使其在弯曲载荷下发生横纹断裂,研究含横纹裂纹木构件在载荷作用下微裂纹的萌生和扩展规律,对含横纹裂纹木构件断裂损伤的预判和评估具有重要的意义。方法以杉木为研究对象,基于声发射（AE）技术和数字图像相关法（DIC）对已预制横纹裂纹的木试件三点弯曲损伤过程进行了实时原位监测,采用声发射参数分析法研究了加载过程中微裂纹萌生和失稳扩展的声发射特征,同时结合裂尖区域的应变和位移变化信息分析木试件表面裂纹起裂和扩展的应变特征。结果含预制横纹裂纹木试件的损伤演变过程中的声发射和数字图像测量结果,所反映的微裂纹萌生、扩展规律一致,验证了声发射振铃计数、能量和幅度对裂纹损伤过程的预判。其中声发射振铃计数、能量、幅度可有效预报木试件微裂纹的萌生,木试件表面应变的变化可以有效观测裂纹萌生和扩展区域的演变。结论建立了木材微裂纹萌生、扩展行为与声发射参数和表面应变之间的对应关系,并成功地构建了基于声发射技术和数字图像相关法的原位监测含横纹裂纹木构件裂纹损伤演化的测量和评价体系,试验结果为进一步研究含横纹裂纹木构件裂纹演变行为的损伤机理和原位监测方法提供了参考依据。      

SMC－R50短纤维复合材料冲击后疲劳损伤探索

通过实验初步分析和研究了ＳＭＣ—Ｒ５０短纤维增强复合材料冲击后的疲劳损伤，给出了疲劳损伤积累模型。初步探索了疲劳损伤规律及冲击对ＳＭＣ—Ｒ５０短纤维增强复合材料疲劳性能的影响。对理论结果与实验结果进行了比较。     

喷射沉积Al-20Si/SiCp复合材料的热疲劳行为

采用V型缺口试样对喷射沉积Al-20Si/SiCp复合材料进行了热循环试验,用光学金相显微镜和扫描电镜研究了在热应力作用下的热疲劳裂纹扩展方式和形态.结果表明:热疲劳裂纹优先在V型缺口处萌生;复合材料经一定的热循环次数后随相对密度的提高,裂纹扩展速率下降;在复合材料的三大相——α-Al基体、Si相以及SiC颗粒中,α-Al基体阻碍热疲劳裂纹的扩展,裂纹非连续性扩展;裂纹扩展方式受Si相的尺寸和分布状态控制,裂纹绕过Si颗粒向前扩展以及裂纹穿过Si颗粒向前扩展是裂纹碰到Si颗粒时常出现的两种机制;SiC颗粒与热疲劳裂纹有强烈的交互作用,加强SiC颗粒与基体的界面结合有利于提高热疲劳寿命.     

在用抽油杆服役期限的确定方法

应用疲劳强度理论和累积损伤理论,利用对使用不同年限抽油杆的常规机械性能的测试结果,由抽油杆的静特性去推测其疲劳特性。建立了抽油杆损伤因子的概念,提出了在用抽油杆服役期限的确定方法,为科学、合理地使用抽油杆提供了理论依据。