摘要：考虑渗碳、磨齿、喷丸等工艺产生的齿面残余应力,建立齿面接触应力与残余应力的复合应力场,提出一种螺旋锥齿轮接触疲劳裂纹萌生-扩展寿命计算方法。构建齿轮有限元接触分析模型,计算多轴交变接触应力场。考虑空间螺旋曲面残余应力分布的复杂性,将变曲率齿面离散为网状节点;测量各节点表面与次表面的残余应力,建立齿面残余应力场。基于Dang Van多轴疲劳准则,构建齿面裂纹萌生模型;计及残余应力与裂纹闭合效应,构建齿面裂纹扩展模型。计算复合应力场下齿轮接触疲劳寿命,研究残余应力对齿面裂纹萌生-扩展寿命的影响规律。结果发现:复杂齿面空间变曲率会影响喷丸等工艺产生的残余应力分布,中心区域的残余压应力高出齿面边缘区域约20%;复合应力场下齿面裂纹萌生位置与寿命主要取决于接触应力,残余应力会改变齿面节点平均应力进而影响疲劳寿命;齿面裂纹扩展寿命约占全寿命的10%,表征齿轮接触疲劳快速失效至迅速断裂。上述研究对于高性能齿轮传动的长寿命、高可靠性设计具有一定的参考价值。

摘要：以Ti-6Al-3Mo-1.5Zr-0.3Si钛合金加工过程中的组织异常和开裂为基础,研究了α+β型钛合金在形变过程中裂纹的萌生及其扩展规律。通过对于合金中出现的"剪切带"设计有效的压缩实验,分析了该类型组织在后续变形过程中的演化过程,讨论了精锻变形、低速率压缩在α+β型钛合金的裂纹萌生及其扩展的演变机理。结果表明:锻造过程中裂纹从材料表面形核并以双滑移机制扩展,低速率压缩时裂纹从剪切带内开始萌生并以再生形核机制扩展;对比研究说明"剪切带"和"剧变区"有着本质区别,"剧变区"对材料的力学性能未造成直接影响,而"剪切带"却是裂纹萌生之处,或是已形成裂纹的尖端塑性区。

摘要：以两种镍基高温合金的应力循环特征为基础,即粉末高温合金FGH95的循环硬化继而软化及变形高温合金GH4169的循环软化特性,寻求载荷历程相关的损伤参量,进而建立应力弱化损伤模型,以考虑载荷历程对疲劳寿命的影响.建立的应力弱化损伤模型可以较好地预测不同循环载荷条件下的疲劳寿命,其预测精度不低于传统方法,且优势在于使建立模型所需要的试样数量大大减少.

摘要：研究7449-T7951合金的高周疲劳及裂纹萌生行为。在室温下,采用光滑及缺口试样进行疲劳寿命测试,应力比(R)分别为0.5和1.0。采用金相显微镜、扫描电镜及透射电镜对该合金的微观组织及疲劳试样断口进行分析,以揭示其疲劳裂纹萌生机理与合金微观组织之间的关系。结果表明:7449-T7951合金具有优异的疲劳性能;应力比为0.5和1.0时,光滑试样的疲劳寿命极限(σN)分别为349和134 MPa,而缺口试样的σN(缺口系数Kt=3.0)分别为138和70 MPa。其裂纹萌生行为受合金中粗大第二相、析出相、晶界和位错(滑移带)的共同影响。

摘要：为了进一步研究疲劳裂纹在萌生阶段的特点,本文结合数字图像相关方法(Digital Image Correlation Method,DIC)设计并组建了配合液压疲劳试验机加载的原位观测系统。同时针对DIC测量方法中的关键技术进行研究,分别提出了一种可应用于视场宽度2mm下DIC计算的微小散斑制备方法,以及空间调节方法以提高试验可靠性。最后应用该系统开展针对航空发动机火焰筒材料GH536的微裂纹自然萌生试验。通过采取两种不同的DIC分析策略,分别获得疲劳过程中的总应变幅以及最大累积塑性应变的演化规律。结果表明总应变幅演化可确定自然萌生裂纹位置,最小可识别50μm裂纹;最大累积塑性应变分析可得萌生寿命占比约85%,并在裂纹出现后塑性应变急剧增加。

摘要：首先基于晶体塑性有限元理论选取有自由表面的统计体积单元建立晶粒聚集体,并在晶粒聚集体的自由表面上覆盖不同厚度的弹性各向同性介质,以表示阳极氧化形成的氧化膜;然后借助Fatemi-Socie疲劳指示参数来表征疲劳裂纹萌生驱动力,对3种应力水平下覆盖不同厚度氧化膜的晶粒聚集体的裂纹萌生驱动力极值进行统计分析。结果表明,低应力水平下氧化膜的约束作用会普遍降低铝合金基体的裂纹萌生驱动力,但随着应力水平的提高,覆盖氧化膜的晶粒聚集体的最高裂纹萌生驱动力逐渐超过了无氧化膜的晶粒聚集体。氧化膜厚度增大时,铝合金基体的裂纹萌生驱动力有所降低。当应力水平低于弹性极限时,由于氧化膜的约束作用,不仅铝合金基体的裂纹萌生驱动力会降低,铝合金基体的疲劳热点比例也会减小。

摘要：针对海洋石油平台集输压力容器管理体系的需要,采用有限元软件Ansys及局部缺口应力应变方法对集输系统最为薄弱的斜接结构进行研究,给出裂纹萌生预测和可靠性的计算方法,并对60度斜接管进行裂纹萌生预测和可靠性计算以作为示例。研究裂纹萌生发生的部位,对影响裂纹萌生预测结果的无量纲参数如接管倾斜角、开孔率、筒体与接管的厚度比、筒体的径厚比进行结构参数研究。研究表明,局部应力应变法由于只需要承压材料的应变特性数据、结构的疲劳缺口系数和应力应变加载史,因此可以很好地适用于有真实焊缝影响或多荷载联合作用情况下的裂纹萌生预测;在简化的斜接管模型中,裂纹萌生始终发生在内相贯线的锐角侧,为真实情况下裂纹的寻找缩小了范围;小倾斜角、大开孔率、大厚度比和大径厚比将降低斜接结构裂纹萌生寿命,其中当倾斜角为30度时造成的不利影响尤为显著;考虑到局部缺口应力应变法所固有的分散性,提出的预测具有一定可靠度的斜接管裂纹萌生的方法是一种简单有效的方法。其研究结果为制定和优化海洋石油平台集输压力容器检修策略提供了一定的参考。

摘要：建立了TC4钛合金材料的疲劳裂纹萌生寿命的预测模型,并通过试验验证了此模型在预测TC4钛合金材料疲劳裂纹萌生寿命时的可行性。基于裂纹萌生的细观位错模型,采用Tanaka-Mura的开裂寿命公式,考虑了表面粗糙度,提出了分析TC4钛合金材料疲劳裂纹萌生的有限元模型,并通过实验验证仿真模型的有效性。结果表明:模型裂纹萌生形式在不同载荷水平下存在差异,高应力水平状态下,模型除了主裂纹的萌生扩展还伴有大量独立微裂纹,裂纹密度大,而在低应力水平状态下,模型存在少量独立微裂纹,裂纹密度小。

摘要：单晶硅作为典型的脆性材料,实现其塑性域去除加工的关键是使切削深度小于裂纹萌生切削深度。采用断裂强度理论,建立单晶硅刻划加工时的径向裂纹、中位裂纹和横向裂纹萌生刻划深度计算方法,计算得到裂纹萌生的刻划深度和划痕深度。设计高速刻划单晶硅的玻氏压头试验装置,并进行单晶硅片刻划试验,实测其径向裂纹萌生的划痕深度,其划痕深度计算值与试验测量值一致性较好。

摘要：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。