一、一种大量程疲劳试验机实现小试样预制裂纹的方法（论文文献综述）
吕庆涛[1]（2021）在《盐雾环境下层联机织复合材料弯曲疲劳性能研究》文中认为碳纤维复合材料具有轻质、高强、耐腐蚀等特色,在海洋领域的应用越来越广泛。海洋环境下的腐蚀,高压等对材料的耐腐蚀性和疲劳性能提出了严格的要求。层联机织复合材料克服传统层合复合材料层间强度低的弱点,近年来得到迅速发展。本文对比分析了盐雾环境下不同结构层联机织复合材料的疲劳性能,为该类材料在海洋环境中的应用提供技术支撑。首先,基于细观结构分析,设计并制备了两种结构的层联机织复合材料。利用切片处理方法对层联机织复合材料进行了剖割,利用轮廓测量仪对层联机织复合材料截面中的纱线形态进行观测。基于观测结果建立了各系统纱线截面假设,推导纱线交织几何关系,建立了细观模型。经过对比分析,由细观模型计算出的纤维体积含量与复合材料试样件实测结果接近。在此基础上设计了平纹和斜纹两种结构的衬经层联机织工艺参数,并上机织造了两种不同结构的层联机织预制件,利用RTM工艺制备了层联机织复合材料,纤维体积分数控制在53%左右。其次,对比分析了盐雾环境下两种不同结构复合材料准静态三点弯曲性能。通过对宏观性能测试,破坏形貌特征分析,表征了未经盐雾处理的两种结构复合材料弯曲性能的差异,试验结果表明:斜纹衬经层联机织复合材料的弯曲强度比平纹衬经层联机织复合材料大22.78%,,弯曲模量大24.86%。对比分析了经0、4、8天的盐雾老化处理后斜纹衬经层联机织复合材料的断口形貌、吸湿增重率、弯曲强度等的变化,试验结果表明:盐雾降低了纤维与树脂间的界面结合能力;吸湿规律符合Fick定律;盐雾老化处理4天,试样弯曲强度下降约4%;盐雾处理8天,试样弯曲强度下降约11%。最后,对比分析了盐雾条件下两种结构复合材料的三点弯曲疲劳性能。通过S-N曲线、载荷-挠度曲线,刚度退化规律,损伤形貌观察对未经盐雾处理的两种结构复合材料的疲劳性能进行了表征,发现在相同应力下,斜纹衬经层联机织复合材料的疲劳寿命优于平纹衬经层联机织复合材料;载荷-挠度曲线中滞回环的间距与性能下降存在关系,间距突然增大意味着损伤加重,力学性能快速降低;刚度退化规律符合典型的三阶段特征,从退化规律看,除了第二阶段存有差异,一、三阶段退化规律一致。通过对盐雾老化处理后的斜纹衬经层联机织复合材料三点弯曲疲劳测试发现在循环加载模式下,盐雾老化处理降低了纤维/树脂界面结合能力,疲劳性能显着下降。
王小康[2]（2021）在《高温轴承钢材料滚动接触疲劳损伤扩展机理研究》文中提出主轴轴承是航空发动机回转主轴的支撑零件,多在复杂苛刻工况环境中服役,如高重载的持续作用、超高的dn值、高温、高低温交变和摩擦副润滑状态的改变等,这些都会造成接触副高剪切应力和表面高接触应力,导致接触配副材料滚动接触疲劳损伤加速,出现早期疲劳失效。随着航空工业的不断发展,航空发动机的主轴轴承工况温度超过300℃,dn值超过3×106 mm·r/min,在这种工况下,发动机主轴轴承的寿命性能和可靠性成为制约航空发动机发展的重要因素。且随着主轴轴承的结构优化和动力学计算不断完善,提成轴承性能的主要手段落在了对材料性能的探索上。而当前我国主要应用的轴承钢起相变温度在800℃以上,能够避免普通轴承钢在高温工况下性能衰退的弊端,被广泛应用于航空发动机主轴轴承。通过台架试验来模拟航空发动机主轴轴承的服役环境,开展G13Cr4Mo4Ni4V和8Cr4Mo4V两种材料的滚动接触疲劳试验,是探究材料疲劳性能的一种方式。在开展滚动接触疲劳试验之前,需要完成球棒式滚动接触疲劳试验机的润滑、冷却和监测系统的改进并调整试验机的动态特性,使试验机能够可靠且稳定的开展滚动接触疲劳试验,实现球棒接触副最大赫兹接触压力为4.8GPa,转速为10000r/min的性能指标;基于Lab VIEW软件编写控制程序实现对试验机的状态监控,使试验机能够完成信号采集、数据分析和存储信号,实现对试验机异常状态和疲劳失效时的自动停机。开展8Cr4Mo4V试棒的滚动接触疲劳寿命试验,试验机运行的稳定性和可靠性较高,符合试验标准。采用改良的球棒式滚动接触疲劳试验机对G13Cr4Mo4Ni4V和8Cr4Mo4V两种轴承钢开展滚动接触疲劳试验,累积完成700h的疲劳试验,研究G13Cr4Mo4Ni4V和8Cr4Mo4V两种轴承钢在混合润滑状态下的滚动接触疲劳特性,采用扫描电子显微镜观测滚动接触疲劳失效的微观形貌,分析疲劳失效机制,并根据试验获得疲劳寿命绘制三参数Weibull分布曲线。通过建立基于晶格有限元的疲劳损伤累积模型,分析高温轴承钢在试验工况下的疲劳裂纹萌生、扩张和失效的演变过程,并开展疲劳损伤演变试验,观测试棒滚道表面与次表面的微观组织形貌,疲劳裂纹、晶粒尺寸等特征在疲劳损伤过程中的演变。
杨露[3]（2021）在《钛合金耐压球壳等效变形试件在梯形载荷下的裂纹扩展性能研究》文中研究表明大深度载人潜水器有利于人类对深海资源的开采,载人舱是其关键部位,其结构的强度和稳定性对于保障潜水器的安全性和可靠性至关重要。由于海底环境恶劣复杂,载人舱耐压球壳在服役期间承受高压循环交变载荷,容易在应力集中部位（如焊缝区域）产生塑性应变及疲劳裂纹,经过长期循环累积损伤引起耐压结构的疲劳破坏。疲劳断裂失效形式是服役潜水器的主要破坏模式,对疲劳裂纹扩展速率准确预报,有利于对其疲劳寿命做出有效评估。本文以大深度潜水器载人舱耐压球壳作为研究对象,以其应力分布特性和疲劳特性作为切入点,简要概述国内外载人舱耐压球壳的研究现状,并总结出该领域内目前尚未解决的技术难题,研究内容和主要成果包括以下几个方面:（1）对耐压球壳备选材料的材料性能和结构形式进行了对比分析,并对其服役环境和载荷谱历程特征以及简化方法进行了阐述,确定了本文着重分析的载人舱耐压球壳模型—钛合金制球形耐压壳的材质、基本材料性能以及结构形式特点。（2）根据中国船级社2018版《潜水系统及潜水器入级规范》要求,设计一款用于万米级深海载人舱耐压模型球（含一开口结构）,并对该模型球进行应力分布特征有限元计算。计算结果表明在开口结构围壁加强区存在应力集中现象。（3）针对载人舱耐压球壳试验成本高昂的现象,考虑设计等效变形试件代替整球用于试验。基于保证模拟试件所承受的应力应变大小和分布应尽可能和实际球壳围壁加强区相同或近似的设计准则,设计等效变形试件为对焊接头,经过参数优化以及对加工难度的考虑,确定对焊夹角为175°,厚度为24mm。（4）为获得焊接接头的残余应力分布,奠定后续疲劳特性研究的基础,开展焊接试验和数值模拟分析方法研究。采用TIG焊接方法、X型坡口、多层多道焊进行焊接试验,采用盲孔法进行残余应力测量。基于SYSWELD焊接有限元分析软件,对焊接接头模型进行焊接过程有限元分析,并通过对比有限元结果和试验数据验证了数值分析方法的有效性。（5）梳理了在深海高压环境中适合载人舱耐压球壳压缩蠕变本构模型、疲劳裂纹扩展速率模型以及蠕变疲劳裂纹扩展速率模型。选择最新且最完整的模型进行计算,并对比疲劳裂纹扩展速率和蠕变疲劳裂纹扩展速率曲线以及寿命曲线,与文献中研究结论一致:保载疲劳寿命比疲劳寿命相比缩减16倍左右。（6）基于等效变形试件残余应力分布明朗的情况,对其进行R=0.1的疲劳试验,在试验过程中,每2000个载荷循环记录一次裂纹长度,中断之前,共计进行了113,402次循环;使用立体显微镜和金相显微镜观察裂纹扩展走势和上下断口,发现多条裂纹相互作用导致试样最终断裂,且断口截面形貌符合低周疲劳断口宏观形貌。（7）基于ABAQUS有限元分析软件和FRANC3D裂纹扩展分析软件,对焊接区域上下边缘出现的多条裂纹进行裂纹扩展模拟,计算得出其疲劳裂纹扩展速率曲线和结构寿命曲线,并结合试验数据对比验证数值模拟方法的有效性,考虑等效变形试件有望代替整球进行试验和数值方法研究,为大深度潜水器载人舱耐压球壳疲劳寿命评估方法提供参考。综上,本文借助有限元分析手段,考虑了载人舱耐压球壳材料、结构形式、疲劳载荷谱特征和使用环境等多种影响因素的相互作用,对钛合金载人舱球形耐压壳的焊接残余应力、初始缺陷、疲劳特性等方面进行了较为深入的分析,为建立比较完备的关于钛合金制大深度载人舱耐压球壳性能的研究体系提供参考价值。
张鑫明[4]（2021）在《受载条件下不锈钢表面微裂纹损伤的非线性超声检测研究》文中指出奥氏体不锈钢具有良好的使用性能,常用于制造石油化工、航空航天以及核工业等领域的重要设备,但严苛的服役环境可能导致构件表面产生微裂纹等早期损伤,严重影响设备的正常使用,甚至引发灾难性断裂事故,及时地检出微裂纹等早期损伤显得尤为重要。作为裂纹检测的常用方法,常规超声波检测对尺寸远小于波长的微裂纹等早期损伤不敏感。基于此,本论文选用非线性超声检测技术结合COMSOL多物理场仿真软件,以理论研究、仿真模拟以及实验验证相结合的方式,开展了受载条件下奥氏体不锈钢表面微裂纹损伤的非线性表面波检测研究,揭示并表征了应力对表面波在含微裂纹损伤材料中传播行为的影响。在对课题背景、研究意义以及研究现状的分析基础上,重点介绍了非线性超声波检测的基本原理,依据接触声非线性理论解释了超声波遇到微裂纹产生高次谐波的现象,推导了表面波非线性系数,用于缺陷表征。其次,应用COMSOL多物理场仿真软件创建了受载条件下奥氏体不锈钢微裂纹的非线性表面波检测模型,再现了表面波的传播过程,分析对比了有限元软件的参数设置对模拟效果的影响,实现了应力场与超声场的耦合,验证了模型的可行性与正确性。在此基础上,探讨了应力对表面波在含微裂纹损伤材料中传播行为的影响,数值模拟结果发现:（1）恒应力作用下,对于表面深度100～300μm,宽度10～50 nm范围的微裂纹,非线性系数随宽度的增加而减小,二者呈负相关,随深度的增加而增大,二者呈正相关。处于拉应力状态时,微裂纹开口变大,裂纹边界的接触状态改变,张开/闭合的效果减弱,非线性响应弱于无应力状态,而处于压应力状态时情况则与之相反;（2）随着拉伸交变应力σmax从1 MPa增加至5 MPa,微裂纹的接触效应减弱,表面波非线性系数明显减小;随着循环周次从5周增加至200周,微裂纹逐渐开裂,裂纹界面接触面积增加,非线性系数逐渐增大;（3）在激发信号一定的情况下,随着裂纹密度从0.1增加至0.3,非线性系数增大近4倍,微裂纹密度c可作为非线性超声波检测金属构件损伤状态的定量指标。最后,进行应力腐蚀与交变应力作用下预制微裂纹的非线性表面波检测实验,实现了对载荷作用下不锈钢表面微裂纹损伤的表征,结果表明:随着应力腐蚀时间或交变应力循环周次增加,表面波非线性响应均会增强;将两种实验数据与数值模拟结果进行互相验证,结果证实模拟结果与实验结果保持较好的一致性。
李业媛[5]（2021）在《含表面裂纹有机玻璃的疲劳与断裂研究》文中认为有机玻璃是一种透明高分子材料,具有耐腐蚀、耐老化、重量轻以及良好的机械强度等优良特性,常被应用于工程建筑、生物医学、航空等各个领域。由于有机玻璃在加工过程中产生的缺陷或夹杂物等会引发表面裂纹的萌生,且在交变服役载荷作用下裂纹扩展会导致疲劳断裂,因此研究材料的表面疲劳裂纹扩展规律对结构的安全寿命评估至关重要。当前主要基于二维框架下的疲劳断裂理论研究含裂纹结构的疲劳扩展行为,然而,运用二维理论进行评估材料的疲劳寿命存在一定的局限性,如厚度效应对疲劳扩展速率的影响以及复杂曲线裂纹的疲劳扩展行为等无法基于二维理论准确预测。因此,本文选取工程中广泛采用的典型DX 001三菱有机玻璃作为研究对象,对表面疲劳裂纹扩展速率及含曲线裂纹试件的断裂韧度进行了实验研究,并基于三维疲劳断裂理论对实验数据进行了系统分析,确定了适用于含曲线裂纹结构的扩展模型和断裂韧度参数,主要研究内容以及研究成果如下:1.采用标准试验方法对含中心穿透裂纹的有机玻璃进行不同应力比下的疲劳扩展试验,基于三维疲劳断裂理论对试验数据进行修正,可以解决不同应力比下的有机玻璃的疲劳扩展速率较分散的问题。通过对疲劳扩展曲线lg（da/d N）–lg(ΔKeff)进行拟合,得到Paris公式中的材料参数。此外,本文还利用Matlab编程的方法对比了七点递增多项式与割线法得到的疲劳裂纹扩展速率曲线。2.针对有机玻璃表面裂纹疲劳扩展行为进行了试验研究,基于三维疲劳断裂理论对不同厚度以及应力比下的疲劳裂纹扩展速率曲线进行修正,经过修正的疲劳裂纹扩展速率曲线图趋于一致,即可得到与应力比以及厚度无关的疲劳裂纹扩展速率曲线,避免了使用多个疲劳扩展速率公式表示不同应力比以及厚度作用下的疲劳扩展规律。此外,我们发现不同厚度以及应力比下有机玻璃的疲劳扩展行为存在一定的规律,并分析了表面裂纹长度与内部裂纹长度的关系。3.利用疲劳断裂分析软件Zencrack对含表面裂纹有机玻璃的疲劳扩展行为进行了仿真研究,得到了有机玻璃表面裂纹的疲劳扩展速率以及剩余寿命,我们得到了形状比、总循环次数、以及da/d N–ΔK和da/d N–ΔKeff曲线并与试验结果进行了对比,证明了基于三维疲劳断裂理论的有限元方法能够很好地模拟有机玻璃表面裂纹的疲劳扩展行为。4.对含表面裂纹有机玻璃试件进行了断裂韧度的试验,得到有机玻璃断裂韧度值,并借助光学显微镜和扫描电子显微镜对有机玻璃疲劳断口和断裂韧度断口进行了观察与分析,对有机玻璃的疲劳裂纹扩展和断裂行为的微观机制进行了讨论。本文基于三维疲劳断裂理论对含表面裂纹有机玻璃的疲劳扩展与断裂行为展开了系统的试验与仿真研究,实现了基于裂纹尖端应力场分析软件将穿透直裂纹测定的材料参数准确应用到表面裂纹的寿命预测上,得到了有机玻璃的三维断裂韧度值。本研究为有机玻璃结构的损伤容限设计提供了一定的参考。
万诺[6]（2021）在《喷管柔性接头疲劳分析及摆动寿命预估研究》文中认为柔性接头由弹性件与增强件交替粘接而成,是固体火箭发动机柔性喷管的重要组成部分,在不同容压、不同振幅和波形的摆动形式中,柔性接头会受到拉、压、剪、拉剪、压剪等荷载的联合作用,在长期贮存检测和工作中易发生疲劳失效。由于很难开展柔性接头疲劳试验获取摆动寿命,因而有限元仿真成为研究柔性接头可靠性不可或缺的方法。此外,当前还未有关于柔性接头疲劳摆动寿命研究的文献报道,因此开展柔性接头承受燃烧室不同内压下的摆动寿命预估及损伤分析研究具有重要工程意义。本文通过对橡胶材料和粘接界面的疲劳损伤研究,提出一种预估柔性接头摆动疲劳寿命的有限元仿真方法。论文主要完成如下研究:（1）根据柔性接头的结构特点及摆动时可能造成的损伤情况,提出适应其寿命分析的有限元寿命预估方法。选用哑铃型试样和四重片试样进行有限元仿真寿命试算,通过试算结果对比及柔性接头结构分析,筛选了四重片试件进行后续力学性能试验及疲劳剪切寿命试验。（2）根据柔性接头的工作特点,开展天然橡胶材料的力学性能试验,获取适合柔性接头摆动时的弹性件本构模型参数。开展四重片试样疲劳试验,获得不同剪切载荷比下的应力-循环寿命曲线,得到天然橡胶材料的S-N曲线。确定柔性接头疲劳寿命预估的材料参数、边界条件、仿真工况等。（3）采用四重片试件进行剪切疲劳寿命实验,获得不同应变、频率组合条件下的疲劳寿命,与仿真结果对比,发现计算误差小于13%,验证了本文提出的柔性接头有限元仿真预估摆动寿命方法的正确性。（4）根据提出的柔性接头寿命预估方法,在有限元计算应力时考虑界面损伤的影响,进行不同内压工况下的寿命预估。结果表明,该柔性接头弹性件与后法兰之间的粘接界面损伤程度最大,疲劳损伤也最先发生于该界面。随容压的增加柔性接头的摆动寿命先增大后减小,在3MPa附近达到寿命极大值,较低或较高内压均不利于柔性接头摆动安全。（5）开展不同频率下柔性接头摆动的仿真与试验研究,得到低频循环载荷条件下频率与摆动寿命的关系规律,0.1Hz摆动寿命最小,0.01Hz、0.5Hz的摆动寿命均大于0.1Hz的摆动寿命。高频振动（30Hz）载荷对柔性接头寿命影响小,几乎不能导致柔性接头失效。进行柔性接头构件的疲劳寿命分析试验,进一步验证本文所述方法的正确性。
裴未迟[7]（2021）在《重型装备传动齿轮疲劳裂纹演化试验与数值模拟研究》文中指出重型装备传动齿轮在国民经济的各个命脉行业都有广泛应用。本文围绕重型装备传动齿轮疲劳裂纹演化行为相关的工程科学问题展开研究。首先,选取的齿轮材料42CrMo进行疲劳裂纹扩展试验,探究在不同应力比作用下,紧凑拉伸试样材料为42CrMo钢的Ⅰ型疲劳裂纹扩展规律。结果表明,齿轮在裂纹因疲劳破坏而延伸的速率越快、尖端应力强度因子越大时,应力比越小,其试样的疲劳寿命越短。通过扫描电子显微镜观察疲劳断口不同扩展阶段的微观组织形貌特征,发现裂纹萌生于孪晶界,在随后的扩展过程中,一部分裂纹扩展将由沿晶转为穿晶的扩展方式,裂纹会变深变宽;一部分裂纹由于晶粒的阻碍会停止扩展。在稳定扩展区,断口形貌表现为解理断裂,快速扩展区断口为包含韧窝和撕裂棱的塑-脆混合型断口形貌。发现金属在冶炼过程中产生的颗粒状夹杂缺陷为疲劳裂纹的萌生及扩展提供场所,缩短构件的疲劳寿命。通过有限元方法对42CrMo钢紧凑拉伸试样的疲劳裂纹扩展进行数值模拟,发现随着裂纹长度的增长,裂纹尖端塑性区面积不断增大,相同裂纹长度条件下,小应力比情况下的塑性区面积更大,与试验结果相统一。其次,通过弯曲疲劳试验,得出在不同压载荷作用下42CrMo齿轮弯曲疲劳试验数据和弯曲疲劳寿命P-S-N曲线。结果表明,随着齿轮可靠度的升高,试验轮齿的疲劳寿命降低,同一载荷下存活率越高的轮齿试样疲劳寿命越短,存活率越高,轮齿试样所承受的载荷越小。通过有限元方法对42CrMo齿轮进行弯曲疲劳试验数值模拟,从不同载荷下轮齿Mises等效应力云图,发现在受拉侧应力云图梯度大于受压侧,更容易产生疲劳裂纹,进而影响齿轮的弯曲疲劳寿命。最后,通过对重型装备传动啮合齿轮的数值模拟表明齿根裂纹扩展过程中主要类型为张开型,载荷不变时裂纹尖端应力强度因子随着半圆形裂纹半径、半椭圆形裂纹长轴半径和转矩的增大而增大;随着初始裂纹位置逐渐向轮齿的齿顶部位偏移,同样裂纹也在向这个方向扩展,当裂纹倾角达到60°时,此时的裂纹扩展最迅速,裂纹尖端也发生最大的应变。
张寅[8]（2021）在《氢含量对锆合金力学行为影响规律研究》文中研究指明锆合金由于具有较低的热中子吸收截面、优异的耐腐蚀性能和良好的力学性能等特点,被广泛用作反应堆燃料元件包壳管。锆包壳在反应堆中服役时会受到冷却介质的腐蚀,腐蚀产生的氢会被包壳吸收。锆合金吸氢会严重损害其力学性能,增加其脆性,影响反应堆的安全稳定运行。关于氢对锆合金力学性能的影响,目前研究者主要关注的是氢对其宏观力学性能的影响,而关于氢含量对锆合金微观变形行为和变形机制的影响还缺乏深入系统研究。基于上述背景,本文首先研究了锆合金的吸氢规律,在此基础上,研究了氢含量对锆合金力学行为及微观变形机制的影响,具体研究内容包括:锆合金的电解吸氢规律;氢含量对锆合金板状试样拉伸变形行为的影响规律;氢含量对锆合金环状试样环向变形行为的影响规律;氢含量对锆合金疲劳裂纹萌生与扩展行为的影响规律。研究了电解渗氢时间和退火工艺对SZA-4锆管吸氢量、氢化物类型及分布的影响规律。结果表明,随渗氢时间延长,锆管吸氢量增加,吸氢量与渗氢时间之间满足抛物线关系。结果还表明,锆管吸氢后在其表面形成氢化物层,随渗氢时间延长,氢化物层厚度增加。对氢化物层相结构分析表明,渗氢初期,氢化物层由δ-ZrH1.66相组成;随渗氢时间延长,δ-ZrH1.66相的含量逐渐增加;当渗氢24 h时,氢化物层中出现了 ε-ZrH1.801相。对渗氢锆管400℃/6h退火处理后,氢化物层厚度增加,且试样内部析出粗大的条状氢化物。相结构分析显示,此时氢化物层中ε-ZrH1.801相消失,原来的δ-ZrH1.66转变为δ-ZrH1.5。而经400℃/96 h退火处理后,氢化物层消失,锆管中析出细小均匀的条状氢化物。基于这些研究结果,建立了锆管电解吸氢时微观组织结构演变模型,得到了消除氢化物层的退火工艺。通过对不同氢含量的Zr-4合金板状试样进行RT和300℃原位拉伸试验,研究了氢含量对其拉伸变形行为的影响,结合TEM观察分析了不同氢含量试样的微观变形机制。力学性能结果显示,RT时,随氢含量增加,试样的强度由407 MPa增加到508 MPa,断面收缩率由51%下降到7.9%;而300℃时,随氢含量增加,试样的强度由246 MPa增加到318 MPa,断面收缩率由66%下降到52.9%。原位观察表明,RT拉伸变形时,随氢含量增加,试样表面滑移线数量减少,晶粒扭转程度降低,裂纹数量增多。断口观察表明,试样逐渐从延性断裂变为脆性断裂,出现韧-脆转变现象。TEM观察表明,试样内部的氢化物会阻碍位错运动,位错在氢化物处塞积,当氢化物数量增多时,氢化物之间会发生交叉或碰撞,并在其周围形成大量位错。而300℃拉伸时,随氢含量增加,无氢和吸氢试样表面都出现大量滑移线,晶粒发生显着扭转和拉长,表明其发生了较大塑性变形。拉伸断口均呈延性断裂特征。TEM观察显示,氢化物可发生弯曲或扭折,其变形能力明显增加。这些结果表明,RT时氢含量对锆合金的延性影响较大,而300℃时氢含量对其延性影响较小,氢化物数量是影响其室温延性的主要原因。通过对不同氢含量的锆合金环状试样进行鼓胀试验和环向拉伸试验,研究了氢含量对其环向变形行为的影响,结合原位SEM观察分析了吸氢锆合金环状试样的失效机制。力学性能结果表明,随氢含量增加,试样鼓胀变形时断裂载荷及延性均降低,且氢含量超过300 ppm时性能降低尤为显着。微观观察发现,吸氢试样环向变形时外表面会出现沿其轴向分布的裂纹,且随氢含量增加,裂纹数量增多,尺寸增大,试样逐渐由延性断裂变为脆性断裂。此外还发现,试样环向拉伸变形时,周向氢化物可以和基体一起变形,而径向氢化物易于形成裂纹,且随变形程度增加,裂纹数量增多,尺寸增大,最终导致试样沿径向断裂。这些研究表明,径向氢化物对锆管鼓胀（环向拉伸）断裂起主要作用,并建立了基于氢化物分布的锆管环向拉伸变形的断裂模型。通过对不同氢含量的Zr-4合金板状试样进行RT和300℃原位疲劳试验,研究了氢含量对其疲劳裂纹萌生与扩展行为的影响。疲劳性能结果表明,RT时,随氢含量增加,试样的疲劳寿命表现出先增加后降低的趋势（临界点约为200ppm氢）,而其疲劳裂纹扩展速率却表现出单调增加的趋势。300℃时,随氢含量增加,试样的疲劳寿命与RT时变化规律相同,但疲劳裂纹扩展速率随氢含量增加变化不大。微观机制分析表明,氢化物对促进疲劳裂纹扩展有显着作用,氢化物数量增多,裂纹扩展路径增多,疲劳裂纹扩展速率加快。而氢含量对锆合金疲劳寿命的影响表现出双重性,随氢含量增加,其强度增加,可以提高其疲劳性能,但随氢含量增加,氢化物数量增多,又会降低其疲劳性能。因此,随氢含量增加,试样的疲劳寿命表现出先增后降的趋势,其转折点与氢化物数量相关。此外,氢含量对试样的疲劳裂纹萌生机制也有重要影响,未吸氢试样的疲劳裂纹在亚表面萌生,而吸氢试样的疲劳裂纹在表面萌生,这表明氢含量对其疲劳裂纹萌生寿命具有显着影响。
刘卫东[9]（2020）在《表面缺陷对预滚压车轮钢滚动接触疲劳损伤影响的研究》文中研究指明随着铁路运输不断向高速化与重载化方向发展,铁路车辆在发展过程中所面临的问题日益增多且越来越复杂,而轮轨滚动接触疲劳就是其中之一。由于铁路车辆在运行过程中,车轮踏面难免发生损伤,踏面损伤后,通常会在车轮表面形成缺陷,若不及时处理,表面缺陷可能加剧车轮的滚动接触疲劳损伤。然而,在车辆运行过程中,车轮材料对表面缺陷的敏感程度以及表面缺陷对车轮材料滚动接触疲劳裂纹萌生扩展的影响是难以知晓的,因此,有必要对含表面缺陷车轮钢的滚动接触疲劳损伤行为进行研究。考虑到实际车轮表面缺陷是经过一定滚压之后才出现,故本文研究表面缺陷对预滚压车轮钢滚动接触疲劳损伤的影响,以确定导致车轮材料发生滚动接触疲劳损伤的临界缺陷尺寸以及车轮材料表面缺陷处疲劳裂纹萌生扩展规律。本文首先通过钻孔设备在直径为59.82 mm,宽度为5 mm的新车轮圆盘试样表面,预制深度与直径均为200μm的孔状缺陷,在接触载荷为1200 MPa,滑移率为-0.3%的油润滑条件下,进行中断试验,研究预滚压对表面缺陷的影响。然后在预滚压车轮圆盘试样表面,预制深度为200μm,直径为100-500μm的孔状缺陷,以同样的试验条件,进行滚动接触疲劳试验,研究表面缺陷对预滚压车轮钢滚动接触疲劳损伤的影响。最后通过有限元模拟含表面缺陷的轮轨圆盘对滚,计算缺陷附近的应力状态,并采用临界距离理论与多轴疲劳模型相结合的方法,对含表面缺陷车轮模型的危险点进行疲劳损伤评估。研究结果表明,新车轮钢试样进行预滚压后,试样表面抵抗塑性变形能力提高,表面缺陷尺寸减小困难,当新车轮试样预滚动6万周次后,表面塑性变形趋于稳定。引发预滚压车轮钢试样滚动接触疲劳损伤的临界缺陷尺寸为100-200μm,当表面缺陷引发车轮试样表面剥离时,造成剥离的疲劳裂纹萌生于缺陷中部。结合有限元仿真,得到缺陷中部应力集中最为显着,且随着缺陷尺寸从100μm增加到500μm,应力集中现象越严重,车轮试样的滚动接触疲劳寿命越低。此外,采用临界距离理论与FS多轴疲劳模型结合的方法,可以较好评估含表面缺陷车轮钢的滚动接触疲劳损伤行为。
张文辉[10]（2020）在《桥梁索用钢丝腐蚀疲劳性能试验研究和数值模拟》文中提出大跨桥梁长期承受车辆、风、浪、流等疲劳载荷作用并暴露在自然环境中,侵蚀介质和疲劳载荷共同作用所导致的腐蚀疲劳破坏是桥梁缆索用高强钢丝典型的失效模式之一。本文在总结国内外腐蚀疲劳领域试验和数值模拟的基础上,通过含缺陷钢丝的疲劳试验、腐蚀疲劳试验和疲劳裂纹扩展试验,获得其疲劳S-N曲线、腐蚀疲劳S-N曲线和疲劳裂纹尺寸-循环次数曲线,分析不同腐蚀因素、表面缺陷的形貌特征对钢丝疲劳性能的影响规律。结合理论分析和数值模拟,实现索用钢丝的疲劳损伤演化过程、腐蚀疲劳损伤演化过程和疲劳裂纹扩展过程的可视化。本文的具体研究内容及成果如下:（1）设计一套针对桥梁缆索用钢丝的腐蚀疲劳试验装置,实现对多根钢丝的多级同步脉动疲劳加载,大大缩短试验时长。（2）为了简化钢丝表面初始蚀坑的电化学形成过程,通过在钢丝表面预制机器切口,对含预制切口的钢丝开展不同浓度及不同p H值下的腐蚀疲劳耦合试验,获取各工况下的S-N曲线,分析溶液浓度、p H值对钢丝寿命的影响。结果表明:腐蚀介质和疲劳荷载耦合下切口钢丝寿命比单纯疲劳荷载作用时显着降低。随着Na Cl溶液浓度从3.5%变为0.5%、溶液酸性的增强,钢丝寿命显着缩短。（3）通过腐蚀疲劳试验研究切口尺寸和形貌对钢丝寿命的影响。通过在钢丝表面切割不同尺寸、不同形状的切口来等效钢丝由于环境侵蚀作用所产生的不同形貌的初始蚀坑,利用腐蚀疲劳耦合试验装置研究切口尺寸和形貌对钢丝寿命的影响,结果表明:钢丝表面切口的深度越大、宽度越小,形状越尖锐,钢丝寿命越短。（4）提出基于载荷波形变化的疲劳裂纹扩展识别方法,通过降载勾线试验研究切口尺寸和形貌对疲劳裂纹扩展速率的影响。开展疲劳裂纹扩展试验,基于降载勾线法在钢丝断面制造出“海滩状花纹”,采用Auto CAD临摹断口形貌并精确测定裂纹尺寸。通过对断口形貌的观测,分析来判定疲劳裂纹的扩展行为。依据疲劳裂纹尺寸与循环加载次数的定量关系确定疲劳裂纹的扩展速率。结果表明:钢丝表面切口的深度越大、宽度越小,形状越尖锐,疲劳裂纹扩展速率越高。（5）为了精确获得疲劳加载过程中钢丝内部的损伤演化情况,基于连续损伤力学和断裂力学相结合的理论,利用商用软件ABAQUS实现切口钢丝疲劳损伤演化和腐蚀疲劳损伤演化过程的可视化,分析其损伤演化规律,并将数值计算获得的钢丝疲劳寿命、腐蚀疲劳寿命与上述疲劳试验、腐蚀疲劳试验的结果进行对比来验证数值模拟的准确性。结果表明:计算的疲劳寿命和腐蚀疲劳寿命与试验结果基本一致。随着演化过程不断进行,最大应力出现在切口底部,最小应力出现在切口边缘。随着加载次数增加,越来越多的损伤单元出现在钢丝内部,损伤不断累积且钢丝的应力分布也随加载过程不断变化。腐蚀介质和疲劳荷载耦合作用下的钢丝寿命低于单纯疲劳荷载作用下的寿命,损伤演化速率也是前者高于后者,且耦合作用下损伤单元出现的时间更早,在损伤演化的后期,由于腐蚀介质的作用,钢丝切口附近较远离切口处的损伤差值较无腐蚀作用下有所减小。（6）为了精确获得疲劳裂纹的扩展规律,基于扩展有限元法,利用商用软件ABAQUS实现裂纹扩展过程的可视化,研究裂纹扩展过程中钢丝内部应力及位移的变化,并将模拟结果与上述疲劳裂纹扩展试验结果进行比对来验证数值模拟的准确性。结果表明:基于扩展有限元法预测的疲劳裂纹扩展规律与试验结果吻合良好,裂纹沿垂直于拉伸荷载的方向扩展,符合I型裂纹的扩展特征。最大应力始终出现在裂纹前缘,并随疲劳裂纹的扩展而不断前移,裂纹尖端处应力梯度变化较为剧烈。总体上,数值模拟结果与试验较为接近,验证了本文模拟方法的可靠性和实用性。本文设计的新型疲劳试验装置以传统疲劳试验机为基础,可实现对多组钢丝的多级同步脉动疲劳加载,可妥善考虑腐蚀介质与疲劳荷载的耦合作用,能弥补传统疲劳试验耗时久、难以耦合腐蚀环境的不足,大大缩短腐蚀疲劳试验的时长。同时,提出的基于连续损伤力学和断裂力学结合的方法可实现钢丝疲劳损伤演化和腐蚀疲劳损伤演化过程的可视化,基于扩展有限元的方法可实现钢丝疲劳裂纹扩展过程的可视化,数值模拟与试验结果吻合良好。
二、一种大量程疲劳试验机实现小试样预制裂纹的方法（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、一种大量程疲劳试验机实现小试样预制裂纹的方法（论文提纲范文）
（1）盐雾环境下层联机织复合材料弯曲疲劳性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题的研究背景 |
| 1.2 复合材料环境老化研究现状 |
| 1.3 纺织结构复合材料疲劳研究现状 |
| 1.3.1 纤维层合结构 |
| 1.3.2 二维纺织结构 |
| 1.3.3 三维纺织结构 |
| 1.4 复合材料无损检测方法 |
| 1.5 本课题研究内容及意义 |
| 第二章 层联机织复合材料的设计与制备 |
| 2.1 层联机织物结构设计 |
| 2.1.1 原材料及织造设备条件 |
| 2.1.2 预制体组织结构 |
| 2.1.3 层联机织复合材料几何分析模型 |
| 2.1.4 基本观测 |
| 2.1.5 纤维体积含量计算 |
| 2.1.6 织物织造参数设计 |
| 2.2 层联机织物织造 |
| 2.2.2 织造工艺 |
| 2.2.3 织物 |
| 2.3 层联机织复合材料的制备 |
| 2.3.1 原材料及制备 |
| 2.3.2 复合材料制备过程 |
| 2.3.3 复合材料制备结果 |
| 2.4 小结 |
| 第三章 层联机织复合材料三点弯曲性能研究 |
| 3.1 三点弯曲性能测试 |
| 3.1.1 实验标准及试样制备 |
| 3.1.2 实验设备与测试 |
| 3.2 三点弯曲结果与分析 |
| 3.2.1 三点弯曲实验力学分析 |
| 3.2.2 破坏形态分析 |
| 3.3 三点弯曲实验电磁涡流检测 |
| 3.3.1 涡流检测基本原理 |
| 3.3.2 涡流检测的电磁场理论 |
| 3.3.3 涡流检测设备及测试 |
| 3.3.4 涡流检测结果 |
| 3.4 盐雾环境下三点弯曲性能测试 |
| 3.4.1 试验设备及环境处理 |
| 3.4.2 吸湿增重率测试 |
| 3.5 盐雾环境下三点弯曲结果与分析 |
| 3.5.1 菲克定律 |
| 3.5.2 吸湿增重率 |
| 3.5.3 耐盐雾性能 |
| 3.5.4 盐雾断口形貌 |
| 3.6 小结 |
| 第四章 盐雾环境下层联机织复合材料三点弯曲疲劳性能研究 |
| 4.1 三点弯曲疲劳试验 |
| 4.1.1 测试标准与方法 |
| 4.1.2 测试设备与试样制备 |
| 4.2 三点弯曲疲劳试验结果分析 |
| 4.2.1 疲劳寿命 |
| 4.2.2 载荷-挠度曲线 |
| 4.2.3 刚度退化 |
| 4.2.4 剩余强度 |
| 4.2.5 试样损伤形貌 |
| 4.2.6 弯曲疲劳涡流检测 |
| 4.3 盐雾环境下三点弯曲疲劳试验 |
| 4.3.1 疲劳寿命 |
| 4.3.2 刚度退化 |
| 4.3.3 盐雾断口形貌 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 小结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文与参加科研情况 |
| 致谢 |
（2）高温轴承钢材料滚动接触疲劳损伤扩展机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题来源及研究的背景和意义 |
| 1.1.1 课题的来源 |
| 1.1.2 课题研究的背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 滚动接触疲劳试验机的研究 |
| 1.2.2 滚动接触疲劳失效机制的研究 |
| 1.2.3 疲劳损伤累积理论的研究 |
| 1.2.4 滚动接触疲劳寿命的评价方法 |
| 1.3 主要研究内容 |
| 第2章 球棒式滚动接触疲劳试验机的改进 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 球棒式滚动接触疲劳试验机动态特性调整 |
| 2.2.1 试验工装的分析与设计 |
| 2.2.2 润滑系统的改进 |
| 2.2.3 接触区应力分析 |
| 2.3 试验过程监控系统搭建 |
| 2.3.1 监控系统硬件设备构成 |
| 2.3.2 试验机监控系统软件的功能构成 |
| 2.3.3 LabVIEW监控程序设计 |
| 2.4 试验过程监控及稳定性分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 8Cr4Mo4V与 G13Cr4Mo4Ni4V轴承钢滚动接触疲劳试验研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 滚动接触疲劳试验设计 |
| 3.2.1 滚动接触疲劳寿命试验设计 |
| 3.2.2 滚动接触疲劳损伤扩展试验设计 |
| 3.3 试验件表面性能分析 |
| 3.3.1 8Cr4Mo4V试验件表面性能 |
| 3.3.2 G13Cr4Mo4Ni4V试验件表面性能 |
| 3.4 滚动接触疲劳试验润滑状态分析 |
| 3.4.1 速度参数分析 |
| 3.4.2 润滑状态分析 |
| 3.5 滚动接触疲劳寿命的三参数Weibull估计 |
| 3.5.1 Weibull分布模型 |
| 3.5.2 三参数Weibull分布模型的参数估计法 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 滚动接触疲劳试验结果及损伤扩展机理分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 滚动接触疲劳试验寿命数据分析 |
| 4.2.1 G13Cr4Mo4Ni4V轴承钢滚动接触疲劳寿命分析 |
| 4.2.2 8Cr4Mo4V轴承钢滚动接触疲劳寿命分析 |
| 4.3 高温轴承钢滚动接触疲劳损伤累积模型 |
| 4.3.1 晶格有限元模型的建立 |
| 4.3.2 滚动接触疲劳损伤累积模型的建立 |
| 4.3.3 滚动接触疲劳损伤累积模拟 |
| 4.4 高温轴承钢滚动接触疲劳寿命试验结果分析 |
| 4.4.1 8Cr4Mo4V试验件滚动接触疲劳失效机制分析 |
| 4.4.2 G13Cr4Mo4Ni4V试验件滚动接触疲劳失效机制分析 |
| 4.5 8Cr4Mo4V轴承钢滚动接触疲劳损伤扩展试验结果分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（3）钛合金耐压球壳等效变形试件在梯形载荷下的裂纹扩展性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 引言 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.2.1 关于焊接残余应力和变形的研究现状 |
| 1.2.2 关于疲劳寿命预报方法的研究现状 |
| 1.3 本文研究内容 |
| 第二章 耐压球壳的材料特性和应力分布特性 |
| 2.1 概述 |
| 2.2 耐压球壳影响因素 |
| 2.2.1 耐压球壳的备选材料 |
| 2.2.2 耐压球壳的结构形式 |
| 2.2.3 耐压球壳的载荷谱和使用环境特征 |
| 2.3 耐压球壳模型参数确定 |
| 2.3.1 《规范》应力计算方法 |
| 2.3.2 模型参数确定 |
| 2.4 耐压球壳模型应力分布有限元分析 |
| 2.4.1 ABAQUS有限元分析软件简介 |
| 2.4.2 几何模型和材料属性 |
| 2.4.3 网格划分、边界条件及加载情况 |
| 2.4.4 有限元结果分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 耐压球壳等效变形试件设计及其焊接残余应力分布 |
| 3.1 概述 |
| 3.2 等效变形试件的设计 |
| 3.3 等效变形试件焊接试验 |
| 3.4 焊板残余应力测试试验 |
| 3.4.1 X射线法和盲孔法的简介及差别 |
| 3.4.2 残余应力的测量 |
| 3.5 等效变形试件焊接过程有限元分析 |
| 3.5.1 SYSWELD软件简介 |
| 3.5.2 有限元计算模型 |
| 3.5.3 热源模型选取及热边界条件设定 |
| 3.5.4 温度场有限元计算结果分析 |
| 3.5.5 应力场有限元计算结果分析 |
| 3.5.6 应力场有限元计算结果有效性验证 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 钛合金裂纹扩展速率计算模型 |
| 4.1 概述 |
| 4.2 钛合金蠕变本构模型 |
| 4.3 钛合金纯疲劳裂纹扩展速率模型 |
| 4.4 钛合金裂保载-疲劳纹扩展速率模型 |
| 4.5 两种计算模型的裂纹扩展速率对比分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 等效变形试件疲劳裂纹扩展试验及计算 |
| 5.1 概述 |
| 5.2 等效变形试件疲劳试验 |
| 5.2.1 试验方案 |
| 5.2.2 试验结果及分析 |
| 5.3 疲劳裂纹扩展速率有限元分析 |
| 5.3.1 软件简介 |
| 5.3.2 静力分析有限元计算 |
| 5.3.3 裂纹扩展分析有限元计算 |
| 5.3.4 计算结果有效性验证 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 主要研究工作与结论 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 附表一 裂纹E1 试验相关数据 |
| 附表二 裂纹N1、N2、N3 试验相关数据 |
| 致谢 |
| 读硕士学位期间已发表或录用的论文与软件着作权 |
（4）受载条件下不锈钢表面微裂纹损伤的非线性超声检测研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 微裂纹损伤研究现状 |
| 1.2.2 非线性超声波检测技术研究现状 |
| 1.2.3 有限元模拟在非线性超声领域的研究现状 |
| 1.3 本文主要工作 |
| 2 基本理论 |
| 2.1 非线性超声波检测理论 |
| 2.2 表面波非线性系数的推导 |
| 3 基于COMSOL的微裂纹非线性表面波检测模拟 |
| 3.1 COMSOL Multiphysics软件概述 |
| 3.2 构建受载条件下微裂纹的非线性表面波检测模型 |
| 3.2.1 创建几何模型 |
| 3.2.2 激励信号 |
| 3.2.3 网格的划分 |
| 3.2.4 时间步长 |
| 3.2.5 边界条件 |
| 3.2.6 应力场与超声场的耦合 |
| 3.3 基于COMSOL的微裂纹非线性表面波检测模拟分析 |
| 3.3.1 恒应力作用下微裂纹尺寸与表面波的非线性相互作用 |
| 3.3.2 交变应力作用下的微裂纹与表面波的非线性相互作用 |
| 3.3.3 微裂纹群与表面波的非线性相互作用 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 实验 |
| 4.1 非线性超声检测系统的组成 |
| 4.2 实验方案 |
| 4.2.1 应力腐蚀损伤表征实验 |
| 4.2.2 交变应力作用下预制微裂纹损伤演变表征实验 |
| 4.3 实验结果与分析 |
| 4.3.1 应力腐蚀实验结果分析 |
| 4.3.2 交变应力作用下预制微裂纹损伤演变实验结果分析 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（5）含表面裂纹有机玻璃的疲劳与断裂研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.1.1 引言 |
| 1.1.2 课题研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 断裂力学研究现状 |
| 1.2.2 疲劳裂纹扩展研究现况 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第二章 含中心穿透裂纹结构的疲劳裂纹扩展试验 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 DX001 三菱有机玻璃基本力学性能参数 |
| 2.3 三维疲劳裂纹闭合理论 |
| 2.4 影响疲劳扩展速率的因素 |
| 2.5 疲劳裂纹扩展试验 |
| 2.5.1 试验试样与疲劳预裂方法 |
| 2.5.2 实验步骤 |
| 2.5.3 疲劳裂纹扩展数据处理方法 |
| 2.5.4 实验结果分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 含表面裂纹结构的疲劳扩展试验 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 表面裂纹应力强度因子 |
| 3.3 半椭圆表面裂纹三维条带屈服模型 |
| 3.4 半椭圆表面裂纹疲劳扩展试验 |
| 3.4.1 试验试样与制备 |
| 3.4.2 确定试验载荷及载荷勾线法介绍 |
| 3.4.3 试样分组与试验过程 |
| 3.5 半椭圆表面裂纹疲劳扩展试验结果 |
| 3.5.1 应力比对疲劳裂纹扩展寿命的影响 |
| 3.5.2 厚度对疲劳裂纹扩展的影响 |
| 3.5.3 表面裂纹长度与内部裂纹长度的关系 |
| 3.5.4 疲劳裂纹扩展速率曲线 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 含表面裂纹结构的疲劳扩展仿真 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 Zencrack软件介绍 |
| 4.3 裂纹前沿应力场仿真结果验证 |
| 4.4 有限元仿真模型 |
| 4.4.1 疲劳裂纹扩展模型 |
| 4.4.2 应力云图结果分析 |
| 4.4.3 裂纹尖端应力强度因子分布 |
| 4.5 模型预测值与试验结果的对比 |
| 4.5.1 表面裂纹形状比的对比 |
| 4.5.2 疲劳扩展寿命的对比 |
| 4.5.3 疲劳扩展速率的对比 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 断裂韧度与断口分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 断裂韧度测试原理 |
| 5.2.1 应力强度因子 |
| 5.2.2 断裂准则 |
| 5.3 断裂韧度试验 |
| 5.3.1 试验内容及试验方法 |
| 5.3.2 实验结果 |
| 5.4 断裂韧度断口分析 |
| 5.4.1 试验过程以及方法 |
| 5.4.2 断裂韧度断口形貌分析 |
| 5.5 疲劳断口 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 主要结论与展望 |
| 6.1 主要工作与总结 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 后续研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文及申请专利 |
（6）喷管柔性接头疲劳分析及摆动寿命预估研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 课题的提出 |
| 1.1.2 研究目的及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 柔性接头弹性件疲劳寿命研究现状 |
| 1.2.2 胶层内聚力模型研究现状 |
| 1.2.3 柔性接头有限元分析研究现状 |
| 1.2.4 柔性接头摆动寿命分析研究现状 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 1.3.1 论文研究的主要内容 |
| 1.3.2 论文研究的流程图 |
| 2 寿命仿真预估理论基础 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 橡胶材料的本构模型理论 |
| 2.3 胶层的内聚力模型理论 |
| 2.3.1 损伤起始准则 |
| 2.3.2 损伤演化准则 |
| 2.3.3 双线性内聚力模型 |
| 2.4 现代疲劳理论 |
| 2.4.1 单轴应变-寿命疲劳分析理论 |
| 2.4.2 多轴应变-疲劳计算方法 |
| 2.4.3 应变幅-寿命关系平均应力修正 |
| 2.5 疲劳寿命预估仿真方法 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 柔性接头疲劳寿命预测方法探讨 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 柔性接头摆动寿命表征试样选取 |
| 3.2.1 试样疲劳寿命试算参数 |
| 3.2.2 试样疲劳寿命试算工况选取 |
| 3.2.3 哑铃试样疲劳寿命试算 |
| 3.2.4 四重片疲劳寿命试算 |
| 3.2.5 仿真结果分析及试件筛选 |
| 3.3 天然橡胶材料力学性能试验 |
| 3.3.1 天然橡胶材料剪切试验 |
| 3.3.2 本构模型参数拟合 |
| 3.3.3 胶层力学性能试验 |
| 3.3.4 S-N曲线的获取 |
| 3.3.5 仿真材料参数 |
| 3.4 四重片试件仿真寿命预估 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 四重片剪切疲劳试验 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 四重片剪切疲劳寿命试验方法 |
| 4.2.1 试验设备介绍 |
| 4.2.2 四重片剪切静态特性测试 |
| 4.2.3 四重片剪切疲劳寿命试验 |
| 4.3 四重片剪切疲劳寿命试验结果 |
| 4.3.1 裂纹生成时的疲劳寿命结果 |
| 4.3.2 橡胶撕裂时的疲劳寿命结果 |
| 4.3.3 高频加载条件下的寿命结果 |
| 4.3.4 不同频率及应变组合条件下的试验结果 |
| 4.4 仿真方法验证 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 柔性接头摆动寿命预估 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 柔性接头有限元仿真设定 |
| 5.3 柔性接头有限元仿真结果 |
| 5.3.1 各层弹性件应力分布情况 |
| 5.3.2 弹性件切应力分布情况 |
| 5.3.3 径向切应力τ_(12)仿真结果 |
| 5.3.4 环向切应力τ_(13)仿真结果 |
| 5.4 柔性接头疲劳寿命预估 |
| 5.4.1 预估柔性接头的摆动寿命 |
| 5.4.2 柔性接头疲劳计算结果与分析 |
| 5.5 柔性接头界面损伤分析 |
| 5.5.1 不同界面损伤情况 |
| 5.5.2 界面损伤情况下的柔性接头寿命预估结果 |
| 5.5.3 弹性件和界面对寿命预估的影响对比分析 |
| 5.5.4 不同频率载荷对寿命预估影响分析 |
| 5.5.5 不同载荷形式对寿命预估影响分析 |
| 5.6 柔性接头摆动试验验证情况 |
| 5.7 本章小结 |
| 6 总结与建议 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 本文的创新点 |
| 6.3 后续研究建议 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
（7）重型装备传动齿轮疲劳裂纹演化试验与数值模拟研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 疲劳裂纹扩展规律及研究现状 |
| 1.1.1 疲劳裂纹扩展规律 |
| 1.1.2 疲劳裂纹扩展研究现状 |
| 1.2 疲劳断口形貌分析 |
| 1.3 齿轮弯曲疲劳研究现状 |
| 1.4 课题研究背景与研究内容 |
| 1.4.1 课题研究背景 |
| 1.4.2 课题的研究内容 |
| 2 紧凑拉伸试样Ⅰ型裂纹疲劳扩展试验及断口形貌分析 |
| 2.1 紧凑拉伸试样及实验设备 |
| 2.2 紧凑拉伸试样的Ⅰ型裂纹疲劳扩展试验结果分析 |
| 2.2.1 不同应力比下疲劳裂纹扩展速率试验 |
| 2.2.2 不同应力比下疲劳裂纹扩展速率统计特性分析 |
| 2.2.3 不同应力比下扩展寿命的统计特性分析 |
| 2.3 拉伸试样疲劳断口形貌观察方法 |
| 2.4 试样疲劳断口形貌分析 |
| 2.4.1 试样断口宏观形貌分析 |
| 2.4.2 试样断口微观形貌分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 紧凑拉伸试样Ⅰ型裂纹疲劳扩展数值模拟分析 |
| 3.1 动态裂纹扩展模型的建立 |
| 3.2 不同应力比下裂纹扩展速率数值模拟 |
| 3.2.1 应力应变分布规律分析 |
| 3.2.2 裂纹尖端应力强度因子分布规律分析 |
| 3.2.3 不同应力比下裂纹扩展寿命预测 |
| 3.3 疲劳寿命分析结果与试验结果对比分析 |
| 3.3.1 裂纹长度与裂纹尖端应力强度因子统计分析 |
| 3.3.2 不同裂纹长度及裂纹尖端应力强度因子的循环次数分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 42CrMo重型装备传动齿轮弯曲疲劳试验研究 |
| 4.1 齿轮试验方法与试验装置 |
| 4.1.1 试验夹具设计 |
| 4.1.2 齿轮试样设计 |
| 4.2 弯曲疲劳试验方法 |
| 4.2.1 试验方法的选定 |
| 4.2.2 试验失效判断方法 |
| 4.3 弯曲疲劳试验试验结果分析与疲劳寿命预测 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 42CrMo重型装备传动齿轮弯曲疲劳数值模拟研究 |
| 5.1 弯曲疲劳模型的建立 |
| 5.2 齿轮静强度结果分析 |
| 5.3 基于ABAQUS/FE-SAFE齿轮弯曲疲劳寿命分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 啮合齿轮齿根疲劳裂纹扩展的数值模拟研究 |
| 6.1 齿轮齿根疲劳裂纹应力强度因子研究 |
| 6.1.1 轮齿齿根裂纹应力强度因子理论 |
| 6.1.2 ABAQUS建立齿轮三维模型 |
| 6.1.3 齿根裂纹前缘应力强度因子计算结果分析 |
| 6.2 不同因素对齿轮裂纹前缘应力强度因子影响规律分析 |
| 6.2.1 裂纹大小的影响 |
| 6.2.2 裂纹形状的影响 |
| 6.2.3 载荷大小的影响 |
| 6.3 基于扩展有限元法的裂纹扩展规律分析 |
| 6.3.1 基于扩展有限元法的裂纹扩展原理 |
| 6.3.2 齿根裂纹扩展数值模拟分析 |
| 6.4 基于不同工况下齿轮疲劳裂纹扩展速率分析 |
| 6.4.1 不同初始裂纹位置下的裂纹扩展规律研究 |
| 6.4.2 不同初始裂纹角度下的扩展规律研究 |
| 6.5 本章小结 |
| 结论及创新点 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学研究成果 |
| 学位论文数据集 |
| 附件A |
（8）氢含量对锆合金力学行为影响规律研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 2 绪论 |
| 2.1 锆合金 |
| 2.1.1 概述 |
| 2.1.2 锆的起源 |
| 2.1.3 锆的基本性能及特点 |
| 2.1.4 锆的合金化及常见锆合金 |
| 2.2 锆合金的吸氢行为 |
| 2.2.1 锆合金的吸氢形式 |
| 2.2.2 锆合金的吸氢机制 |
| 2.2.3 氢在锆合金中的存在形式 |
| 2.2.4 氢化物的析出及其影响因素 |
| 2.3 氢对锆合金力学性能影响的研究现状 |
| 2.3.1 氢对锆合金拉伸性能的影响 |
| 2.3.2 氢对锆合金疲劳性能的影响 |
| 2.3.3 氢对锆合金其它力学性能的影响 |
| 2.4 本论文的研究意义及内容 |
| 2.4.1 研究意义 |
| 2.4.2 研究内容 |
| 3 实验材料及方法 |
| 3.1 实验材料 |
| 3.1.1 锆合金管材 |
| 3.1.2 锆合金板材 |
| 3.2 实验方法 |
| 3.2.1 吸氢实验 |
| 3.2.2 氢含量的测定 |
| 3.2.3 拉伸试验 |
| 3.2.4 先进鼓胀试验 |
| 3.2.5 原位疲劳试验 |
| 3.2.6 显微组织观察与分析 |
| 3.2.7 X射线衍射分析 |
| 4 锆合金吸氢规律研究 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 渗氢时间对锆合金吸氢行为的影响 |
| 4.2.1 实验过程简述 |
| 4.2.2 渗氢时间对锆合金吸氢量的影响 |
| 4.2.3 渗氢时间对氢化物分布及相结构的影响 |
| 4.2.4 分析讨论 |
| 4.3 退火工艺对氢化物分布和相结构的影响 |
| 4.3.1 400℃/6h退火处理 |
| 4.3.2 400℃/96h退火处理 |
| 4.3.3 分析讨论 |
| 4.4 成分及显微组织对锆合金吸氢规律的影响 |
| 4.4.1 实验过程简述 |
| 4.4.2 不同显微组织的SZA-4锆管的吸氢规律 |
| 4.4.3 不同显微组织的SZA-6锆管的吸氢规律 |
| 4.4.4 分析讨论 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 氢含量对锆合金板状试样拉伸变形行为影响规律研究 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 实验过程简述 |
| 5.3 氢含量对锆合金板状试样室温拉伸变形行为的影响 |
| 5.3.1 室温拉伸性能 |
| 5.3.2 室温拉伸变形的原位观察 |
| 5.3.3 断口形貌观察 |
| 5.3.4 TEM分析 |
| 5.4 氢含量对锆合金板状试样300℃拉伸变形行为的影响 |
| 5.4.1 300℃拉伸性能 |
| 5.4.2 300℃拉伸变形的原位观察 |
| 5.4.3 断口形貌观察 |
| 5.4.4 TEM分析 |
| 5.5 分析讨论 |
| 5.5.1 氢含量对锆合金板状试样拉伸性能的影响 |
| 5.5.2 氢含量对锆合金板状试样变形行为的影响 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 氢含量对锆合金环状试样环向变形行为影响规律研究 |
| 6.1 前言 |
| 6.2 实验过程简述 |
| 6.3 氢含量对锆合金环状试样鼓胀变形行为的影响 |
| 6.3.1 鼓胀变形 |
| 6.3.2 断口形貌观察 |
| 6.4 氢含量对锆合金环状试样环向拉伸变形行为的影响 |
| 6.4.1 环向拉伸变形 |
| 6.4.2 断口形貌观察 |
| 6.5 原位观察吸氢锆合金环状试样环向拉伸变形行为 |
| 6.6 分析讨论 |
| 6.7 本章小结 |
| 7 氢含量对锆合金疲劳裂纹萌生与扩展行为影响规律研究 |
| 7.1 前言 |
| 7.2 实验过程简述 |
| 7.3 氢含量对锆合金室温疲劳裂纹萌生与扩展行为的影响 |
| 7.3.1 室温疲劳裂纹萌生与扩展的原位观察 |
| 7.3.2 室温疲劳寿命 |
| 7.3.3 室温疲劳裂纹扩展速率 |
| 7.3.4 疲劳断口形貌观察 |
| 7.4 氢含量对锆合金300℃疲劳裂纹萌生与扩展行为的影响 |
| 7.4.1 300℃疲劳裂纹萌生与扩展的原位观察 |
| 7.4.2 300℃疲劳寿命 |
| 7.4.3 300℃疲劳裂纹扩展速率 |
| 7.4.4 疲劳断口形貌观察 |
| 7.5 分析讨论 |
| 7.5.1 氢含量对锆合金疲劳裂纹萌生行为的影响 |
| 7.5.2 氢含量对锆合金疲劳裂纹扩展行为的影响 |
| 7.6 本章小结 |
| 8 结论 |
| 9 本论文主要创新点 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（9）表面缺陷对预滚压车轮钢滚动接触疲劳损伤影响的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 铁路车轮滚动接触疲劳(RCF)现象概述 |
| 1.3 含表面缺陷车轮钢RCF损伤问题的研究现状 |
| 1.3.1 表面缺陷对RCF损伤影响的研究现状 |
| 1.3.2 预滚压对表面缺陷的影响 |
| 1.3.3 研究现状中存在的问题 |
| 1.4 研究内容与技术路线 |
| 1.4.1 研究内容 |
| 1.4.2 技术路线 |
| 第2章 预滚压对含表面缺陷车轮钢RCF损伤的研究 |
| 2.1 试验部分 |
| 2.1.1 试验机简介 |
| 2.1.2 试样取材与制备 |
| 2.1.3 试验方法 |
| 2.2 试验结果与分析 |
| 2.2.1 表面缺陷形貌演化 |
| 2.2.2 预滚压对RCF损伤的影响 |
| 2.3 小结 |
| 第3章 含表面缺陷预滚压车轮钢的RCF试验 |
| 3.1 试验部分 |
| 3.1.1 试样制备 |
| 3.1.2 试验方法 |
| 3.2 试验结果与分析 |
| 3.2.1 表面剥离形貌 |
| 3.2.2 RCF寿命 |
| 3.3 小结 |
| 第4章 含表面缺陷车轮钢的RCF损伤评估 |
| 4.1 有限元模型 |
| 4.2 多轴疲劳模型 |
| 4.2.1 多轴疲劳方法 |
| 4.2.2 基于临界平面法的多轴疲劳模型 |
| 4.2.3 临界距离理论与多轴疲劳模型结合 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 缺陷周围应力状态 |
| 4.3.2 多轴疲劳评估结果 |
| 4.4 小结 |
| 结论与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间发表的论文及科研成果 |
| 学位论文数据集 |
（10）桥梁索用钢丝腐蚀疲劳性能试验研究和数值模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 索用钢丝腐蚀及疲劳研究现状 |
| 1.2.2 疲劳裂纹扩展研究现状 |
| 1.2.3 扩展有限元法研究裂纹的现状 |
| 1.3 本文主要研究内容与技术路线 |
| 1.3.1 研究内容 |
| 1.3.2 研究技术路线 |
| 第二章 腐蚀对钢丝寿命影响试验研究 |
| 2.1 腐蚀疲劳试验 |
| 2.1.1 试验试样 |
| 2.1.2 试验装置 |
| 2.1.3 试验方法及参数 |
| 2.2 试验结果及分析 |
| 2.2.1 腐蚀疲劳试验结果 |
| 2.2.2 试验结果分析 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 预制切口对钢丝寿命影响试验研究 |
| 3.1 切口钢丝的腐蚀疲劳试验 |
| 3.1.1 试验试样 |
| 3.1.2 试验方法及参数 |
| 3.2 试验结果及分析 |
| 3.2.1 切口深度对钢丝寿命影响-D组 |
| 3.2.2 切口宽度对钢丝寿命影响-W组 |
| 3.2.3 切口形状对钢丝寿命影响-S组 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 钢丝疲劳裂纹扩展试验研究 |
| 4.1 疲劳裂纹扩展试验研究 |
| 4.1.1 钢丝疲劳断口形貌分析 |
| 4.1.2 降载勾线法及海滩状花纹 |
| 4.1.3 Auto CAD处理 |
| 4.1.4 基于载荷波形变化的疲劳裂纹扩展识别方法 |
| 4.1.5 试样及载荷参数 |
| 4.2 试验结果与分析 |
| 4.2.1 切口深度对裂纹扩展速率的影响 |
| 4.2.2 切口宽度对裂纹扩展速率的影响 |
| 4.2.3 切口形状对裂纹扩展速率的影响 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 索用钢丝疲劳及腐蚀疲劳损伤演化数值模拟 |
| 5.1 索用钢丝疲劳和腐蚀疲劳损伤演化 |
| 5.1.1 疲劳损伤演化模型 |
| 5.1.2 腐蚀疲劳损伤演化模型 |
| 5.1.3 基于循环块的求解过程 |
| 5.1.4 用户自定义材料子程序UMAT |
| 5.1.5 索用钢丝疲劳和腐蚀疲劳损伤演化过程模拟 |
| 5.2 数值模拟与试验结果对比分析 |
| 5.2.1 含预制切口钢丝的S-N曲线 |
| 5.2.2 含预制切口钢丝的损伤演化过程 |
| 5.2.3 腐蚀因素对钢丝寿命的影响分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 索用钢丝疲劳裂纹扩展数值模拟 |
| 6.1 扩展有限元法 |
| 6.1.1 扩展有限元法简介 |
| 6.1.2 单位分解法 |
| 6.1.3 水平集法 |
| 6.1.4 XFEM的位移模式和控制方程 |
| 6.2 索用钢丝的疲劳裂纹扩展过程模拟 |
| 6.2.1 ABAQUS中疲劳裂纹扩展准则 |
| 6.2.2 索用钢丝的数值建模过程 |
| 6.3 数值模拟与试验结果的对比分析 |
| 6.3.1 不同切口深度的钢丝模型的疲劳裂纹扩展(D组) |
| 6.3.2 不同切口宽度的钢丝模型的疲劳裂纹扩展(W组) |
| 6.3.3 不同切口形状的钢丝模型的疲劳裂纹扩展(S组) |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 研究结论 |
| 7.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间取得学术成果 |
四、一种大量程疲劳试验机实现小试样预制裂纹的方法（论文参考文献）
- [1]盐雾环境下层联机织复合材料弯曲疲劳性能研究[D]. 吕庆涛. 天津工业大学, 2021(01)
- [2]高温轴承钢材料滚动接触疲劳损伤扩展机理研究[D]. 王小康. 哈尔滨工业大学, 2021
- [3]钛合金耐压球壳等效变形试件在梯形载荷下的裂纹扩展性能研究[D]. 杨露. 上海海洋大学, 2021
- [4]受载条件下不锈钢表面微裂纹损伤的非线性超声检测研究[D]. 张鑫明. 大连理工大学, 2021(01)
- [5]含表面裂纹有机玻璃的疲劳与断裂研究[D]. 李业媛. 江南大学, 2021
- [6]喷管柔性接头疲劳分析及摆动寿命预估研究[D]. 万诺. 航天动力技术研究院, 2021(01)
- [7]重型装备传动齿轮疲劳裂纹演化试验与数值模拟研究[D]. 裴未迟. 北京科技大学, 2021(02)
- [8]氢含量对锆合金力学行为影响规律研究[D]. 张寅. 北京科技大学, 2021
- [9]表面缺陷对预滚压车轮钢滚动接触疲劳损伤影响的研究[D]. 刘卫东. 西南交通大学, 2020(07)
- [10]桥梁索用钢丝腐蚀疲劳性能试验研究和数值模拟[D]. 张文辉. 东南大学, 2020