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橡胶混凝土的疲劳行为与损伤机理

武汉大学学报(工学版) 2023年

作者：朱浩君薛刚刘利强李京军内蒙古科技大学土木工程学院内蒙古自治区高校智能建造与运维工程研究中心

为研究橡胶混凝土的疲劳行为及其损伤机理，将粒径为0.6mm的橡胶颗粒以不同掺量掺入到混凝土中，制成橡胶混凝土进行单轴受压疲劳试验，得到不同应力水平下的疲劳寿命，并通过残余应变及疲劳变形模量的变化，研究橡胶混凝土疲劳损伤机... 详细信息

为研究橡胶混凝土的疲劳行为及其损伤机理，将粒径为0.6mm的橡胶颗粒以不同掺量掺入到混凝土中，制成橡胶混凝土进行单轴受压疲劳试验，得到不同应力水平下的疲劳寿命，并通过残余应变及疲劳变形模量的变化，研究橡胶混凝土疲劳损伤机理。结果表明：橡胶混凝土疲劳破坏呈现一定的延性特征；疲劳寿命服从两参数Weibull分布，相同应力水平下疲劳寿命比普通混凝土高，疲劳强度折减系数亦有所提高；橡胶混凝土残余应变变化符合普通混凝土残余应变的三阶段规律，极限残余应变大于普通混凝土；可利用疲劳变形模量描述橡胶混凝土疲劳损伤，橡胶混凝土疲劳失稳破坏过程比普通混凝土长。

关键词：橡胶混凝土疲劳行为疲劳寿命残余应变疲劳损伤

Al-7.0Zn-2.5Mg-2.0Cu-0.1Zr-0.2Sc合金低温应变疲劳行为

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Al-7.0Zn-2.5Mg-2.0Cu-0.1Zr-0.2Sc合金低温应变疲劳行为

作者：刘春波沈阳工业大学

学位级别：硕士

作为一种性能优良的轻质金属材料,Al-Zn-Mg-Cu系合金在航天工业、城市轻轨等领域被广泛用于结构件的制造。在其服役工作期间,常会承受交变载荷的作用,最终导致疲劳失效的发生。在复杂多变的服役环境中,环境温度是影响合金疲劳行为表现... 详细信息

作为一种性能优良的轻质金属材料,Al-Zn-Mg-Cu系合金在航天工业、城市轻轨等领域被广泛用于结构件的制造。在其服役工作期间,常会承受交变载荷的作用,最终导致疲劳失效的发生。在复杂多变的服役环境中,环境温度是影响合金疲劳行为表现的重要因素。因此,本文将Al-7.0Zn-2.5Mg-2.0Cu-0.1Zr-0.2Sc合金作为研究目标,针对该合金在室温和低温下的疲劳行为展开研究,为其在低温下的安全应用提供一定的理论依据。固溶+时效态Al-7.0Zn-2.5Mg-2.0Cu-0.1Zr-0.2Sc合金的显微组织主要由GP区、η’相、次生Al(Sc,Zr)相、θ’(AlCu)相及α-Al相组成。在室温和低温条件下,合金的抗拉强度和屈服强度随着时效时间的延长均表现出先升后降的趋势,且最大值均出现在时效24h处,而其断后伸长率与断面收缩率则呈现出逐渐下降的趋势。随着实验温度的降低,合金的抗拉强度和屈服强度升高,而断后伸长率和断面收缩率降低。在室温下,合金的断裂模式为韧性断裂,随着环境温度的降低转为韧脆混合型断裂。固溶+时效态Al-7.0Zn-2.5Mg-2.0Cu-0.1Zr-0.2Sc合金在0.4%、0.5%的总应变幅下表现出循环稳定的应力响应行为;当外加总应变幅提高至0.6%时,合金首先表现出循环稳定行为,随着疲劳加载过程的进行表现出循环硬化行为;当外加总应变幅增加至0.7%和0.8%时,合金在整个疲劳加载过程中均表现出循环硬化的响应行为。合金的循环应力幅值随着实验温度的降低而提高,但其疲劳寿命则随着实验温度的降低而减少。在不同的实验温度下,合金的弹性应变幅、塑性应变幅与载荷反向周次之间均呈现线性关系,分别服从于Basquin公式和Coffin-Manson公式。在不同的实验温度和外加总应变幅下,Al-7.0Zn-2.5Mg-2.0Cu-0.1Zr-0.2Sc合金的疲劳裂纹均萌生于试样的自由表面并且通过穿晶方式进行扩展,疲劳变形机制均为位错平面滑移机制。在较低的外加总应变幅下,合金疲劳变形区的主要位错组态为位错阵列,在较高的外加总应变幅下,位错网络成为合金疲劳变形区的主要位错组态且随着实验温度的降低,位错组态由四边形网络转变成六边形网络。

关键词： Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc合金低温拉伸性能疲劳行为微观结构

不同高径比Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu微焊点在电—热—力耦合场下剪切与疲劳行为研究

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不同高径比Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu微焊点在电—热—力耦合场下剪切...

作者：刘龙根桂林电子科技大学

学位级别：硕士

随着时代的进步,电子设备与人们的日常生活息息相关,产品的可靠性已然成为电子行业的研究热点。焊点承担着电气联结的任务,使得电信号可以在电路元器件和电子器件之间传输。因此,焊点的可靠性一直是电子封装领域关注的问题。服役环境是... 详细信息

随着时代的进步,电子设备与人们的日常生活息息相关,产品的可靠性已然成为电子行业的研究热点。焊点承担着电气联结的任务,使得电信号可以在电路元器件和电子器件之间传输。因此,焊点的可靠性一直是电子封装领域关注的问题。服役环境是影响焊点可靠性的主要因素之一,目前焊点主要服役环境之一就是电-热-力耦合(ETM)耦合载荷。此外,电子封装中的翘曲变形会导致凹凸变形,导致相同焊料体积的焊点高度不同,也就是焊球的高径比不同。因此,如果能够研究同体积不同高度焊点在电-热-力耦合场下的剪切行为和疲劳行为,并与封装中群焊点的力学行为相关连,将进一步加深对电-热-力耦合场下服役的电子设备中的焊点损伤机理和性能的理解,从而为电子产品的结构设计、产品性能评估和寿命预测提供更有效的数据支持和理论依据。首先,通过实验表征、理论分析和有限元模拟,系统研究了相同钎料体积、不同高度的球栅阵列(BGA)结构Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu焊点在不同电流密度下的剪切性能和断裂行为。结果表明,焊点的剪切强度随着电流密度的增大而下降,随着焊点高度的减小而增大。这些变化主要是由于焦耳热、电流应力和力学约束在焊点中的非热效应引起的。随着电流密度的增加,焦耳热和电流应力的非热效应对焊点剪切强度的劣化影响越来越严重。相同电流密度下,焦耳热对较小高度焊点剪切强度的劣化作用较小,而非热效应对焊点高度变化却不敏感。较小高度焊点具备较高的剪切强度是由于基板对钎料基体产生较大的力学约束。并且随着电流密度的增加,断裂位置由钎料基体转变为钎料/IMC层界面。断裂模式由韧性断裂向韧脆混合断裂转变,断裂模式转变对应的临界电流密度随焊点高度的减小而增大。以上研究结果表明,焊点高度较小的BGA结构焊点更加可靠。其次,通过实验表征、理论研究和数值模拟,阐述了不同剪切幅度和不同焊点高度的球栅阵列(BGA)结构Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu焊点在不同电流密度下的低周疲劳行为、断裂性能和寿命预测模型。实验结果表明,焊点的疲劳寿命随着剪切幅度和电流密度的增大而减小。随着电流密度的增加,断裂位置由钎料基体中的断裂转变为钎料/IMC层界面处的部分断裂,再转变为钎料/IMC层界面处的整体断裂,断裂路径的形状由弧形转变为扁平状。此外,断裂模式由韧性断裂转变为韧脆混合断裂再转变为脆性断裂模式。这种变化主要是由于焊料/IMC层界面处的应变失配急剧加剧。通过有限元仿真,提出了基于塑性应变的考虑了电流非热效应的疲劳寿命预测模型。最后,通过数值模拟板级封装的翘曲变形,并对翘曲变形后的模型加载疲劳载荷进行研究。结果从板级封装翘曲后的变形场中发现BGA群焊点的形状不一,其中,中部的焊点被“拉长”,相对应的高度更高,而四个顶点的焊点被“压缩”,相对应的高度要更小。也就意味着翘曲导致了焊点体积相同而高度不同的现象。然后通过应力应变和应变能评估翘曲后封装结构受疲劳载荷作用下的危险焊点。结果发现对角线两端的焊点无论是应力应变还是应变能都要更高,也就意味着更容易失效。此外,由于群焊点的互连作用,相同疲劳载荷下板级结构危险焊点的塑性应变远小于单焊点,相对应的疲劳寿命远高于单焊点。

关键词： Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu微焊点剪切性能疲劳行为断裂行为疲劳寿命预测

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搅拌摩擦焊接头疲劳行为研究现状

稀有金属材料与工程 2006年第7期35卷 1172-1176页

作者：周才智杨新岐栾国红天津大学天津300072 北京赛福斯特技术有限公司北京100024

搅拌摩擦焊(FSW)接头的抗疲劳断裂特性是评定其构件使用性能的重要指标之一。本文对搅拌摩擦焊的接头疲劳行为研究现状做了比较详尽的总结,涉及S-N曲线、裂纹扩展速度da/dN和门槛值?Kth,腐蚀环境下的裂纹扩展速度和门槛值、显微组织及... 详细信息

搅拌摩擦焊(FSW)接头的抗疲劳断裂特性是评定其构件使用性能的重要指标之一。本文对搅拌摩擦焊的接头疲劳行为研究现状做了比较详尽的总结,涉及S-N曲线、裂纹扩展速度da/dN和门槛值?Kth,腐蚀环境下的裂纹扩展速度和门槛值、显微组织及影响因素,并提出了今后需要解决的问题。

关键词：搅拌摩擦焊接头疲劳行为研究现状

SiC纤维增强Ti-6Al-4V复合材料的疲劳行为及损伤演化研究（英文）

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稀有金属材料与工程 2014年第9期43卷 2049-2054页

作者：冯广海杨延清李健罗贤黄斌孙庆吴晨陈彦西北工业大学国家凝固技术重点实验室陕西西安710072

研究SiC纤维增强钛基复合材料（SiCf/Ti-6Al-4V）室温疲劳行为和损伤演化机制。疲劳试验条件：载荷控制、应力比0.1和加载频率10 Hz。采用疲劳断裂试验建立最大加载应力为600-1200 MPa内SiCf/Ti-6Al-4V的S-N曲线。采用疲劳中止试验以及... 详细信息

研究SiC纤维增强钛基复合材料（SiCf/Ti-6Al-4V）室温疲劳行为和损伤演化机制。疲劳试验条件：载荷控制、应力比0.1和加载频率10 Hz。采用疲劳断裂试验建立最大加载应力为600-1200 MPa内SiCf/Ti-6Al-4V的S-N曲线。采用疲劳中止试验以及SEM显微分析研究应力水平对SiCf/Ti-6Al-4V疲劳损伤演化的影响。结果表明,SiCf/Ti-6Al-4V疲劳损伤萌生模式与演化过程与应力水平密切相关。在高应力水平（Smax=1000 MPa）,纤维开裂是主要损伤萌生模式。一旦2或3根纤维断裂后,纤维裂纹和基体裂纹开始联接并形成宏观扩展裂纹。在中等应力水平（Smax=800 MPa）,基体裂纹萌生与扩展是主要损伤模式。多条基体裂纹萌生于试样外表面棱边和离外表面附近试样内部开裂的纤维基体界面处。基体裂纹均沿垂直于加载方向扩展,且大部分纤维未断裂并纤维桥接基体裂纹。在低应力水平（Smax=600 MPa）,仅在C涂层和界面反应层之间和C涂层内部观察到局部界面脱粘现象。

关键词： SiC纤维钛基复合材料疲劳行为疲劳损伤演化

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不同时效态3J21合金疲劳行为

材料工程 2007年第6期35卷 26-30,64页

作者：金晓鸥何世禹薛文博黑龙江大学建筑工程学院哈尔滨150086 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院哈尔滨150001

在MTS万能实验机上对室温大气环境下欠时效态、峰时效态和过时效态3J21合金的疲劳行为进行研究,并采用扫描电镜(SEM)对宏观断口及微观断口进行分析。结果表明:不同时效态疲劳裂纹均呈穿晶扩展,欠时效态3J21合金疲劳裂纹萌生寿命最长,扩... 详细信息

在MTS万能实验机上对室温大气环境下欠时效态、峰时效态和过时效态3J21合金的疲劳行为进行研究,并采用扫描电镜(SEM)对宏观断口及微观断口进行分析。结果表明:不同时效态疲劳裂纹均呈穿晶扩展,欠时效态3J21合金疲劳裂纹萌生寿命最长,扩展途径比较曲折,扩展速率最小,表现出最大的疲劳裂纹扩展抗力,疲劳寿命最长。而过时效态3J21合金的疲劳裂纹萌生寿命最短,沿晶扩展的比例增加,扩展途径相对平直,扩展速率最大,裂纹扩展抗力最小,疲劳寿命最低;峰时效态合金介于两者之间.不同时效态的疲劳断口均由疲劳源、疲劳裂纹扩展区和瞬断区组成。在低速扩展区,欠时效态断口呈现小平面,峰时效态和过时效态断口呈现冰糖状花样,在中速扩展区均未看到长的疲劳条纹,仅发现个别细小的疲劳条纹。

关键词： 3J21合金时效疲劳行为裂纹扩展特性

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金属多轴疲劳行为与寿命预测研究进展

机械工程学报 2021年第16期57卷 153-172页

作者：孙国芹尚德广王杨北京工业大学材料与制造学部北京100124

多轴疲劳损伤行为和寿命预测研究关系着复杂加载条件下金属结构件的服役安全,一直受到科学和工程领域的重视。总结多轴低周和高周疲劳试验性能测试一般过程和疲劳行为研究,重点论述多轴非比例加载对低周疲劳和高周疲劳行为的影响,受加... 详细信息

多轴疲劳损伤行为和寿命预测研究关系着复杂加载条件下金属结构件的服役安全,一直受到科学和工程领域的重视。总结多轴低周和高周疲劳试验性能测试一般过程和疲劳行为研究,重点论述多轴非比例加载对低周疲劳和高周疲劳行为的影响,受加载路径,加载载荷和材料类型的影响,非比例加载对材料低周疲劳循环硬化行为和疲劳寿命的影响有差异,对低周疲劳和高周疲劳表现的疲劳行为的影响也有差别,作用机理不尽一致。单轴本构关系通过引入非比例度因子、修正循环强度系数或将多轴加载时的应变等效为单轴应变等方式可推广到多轴疲劳领域。基于应力、应变、能量、临界面和临界面应变能密度法的多轴疲劳寿命预测模型在文中做了综述,疲劳损伤参量中包含能量项的一些多轴疲劳寿命预测方法常被用于多轴低周和高周疲劳寿命预测。缺口件多轴疲劳寿命可采用多轴损伤参量结合局部应力应变法、应力梯度法、应力场强法及临界距离法等进行预测。

关键词：多轴疲劳非比例加载疲劳行为寿命预测模型缺口件

应力水平对二维炭/炭复合材料疲劳行为的影响(英文)

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2013年第7期23卷 2135-2140页

作者：杨茜李贺军虞跨海张守阳西北工业大学凝固技术国家重点实验室西安710072 河南科技大学力学系洛阳471003

采用等温化学气相浸渗法制备二维炭布叠层炭/炭复合材料。进行了两种应力水平下的弯曲疲劳测试,测定剩余弯曲强度及模量,以表征不同应力水平对炭/炭复合材料疲劳行为的作用。结果表明:疲劳加载后试样的剩余弯曲强度及模量均有提高,在高... 详细信息

采用等温化学气相浸渗法制备二维炭布叠层炭/炭复合材料。进行了两种应力水平下的弯曲疲劳测试,测定剩余弯曲强度及模量,以表征不同应力水平对炭/炭复合材料疲劳行为的作用。结果表明:疲劳加载后试样的剩余弯曲强度及模量均有提高,在高应力水平下剩余弯曲模量的增强作用更显著,但在疲劳循环超过105次后,低应力水平下的剩余强度更高。分析了炭/炭复合材料的疲劳强化与损伤机理。疲劳加载会弱化基体与纤维之间的结合,改变损伤扩展路径,从而改善炭/炭复合材料的性能。

关键词：炭炭复合材料疲劳行为应力水平剩余强度

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β/γ三相钛铝基合金高温低周疲劳行为

中国有色金属学报 2014年第12期24卷 3016-3021页

作者：芮执元左艳蕊冯瑞成易湘斌剡昌锋兰州理工大学数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室兰州730050 兰州理工大学机电工程学院兰州730050 兰州工业学院机电工程学院兰州730050

采用轴向应变控制的方法,研究Ti-43Al-9V-0.3Y合金材料在550℃时不同应变量条件下的高温低周疲劳行为。通过Manson-Coffin公式分析循环应力-应变和应变疲劳寿命,推导拟合出应变幅与疲劳寿命之间的关系式。分析试样高温低周疲劳断口的形... 详细信息

采用轴向应变控制的方法,研究Ti-43Al-9V-0.3Y合金材料在550℃时不同应变量条件下的高温低周疲劳行为。通过Manson-Coffin公式分析循环应力-应变和应变疲劳寿命,推导拟合出应变幅与疲劳寿命之间的关系式。分析试样高温低周疲劳断口的形貌,得出β/γ三相钛铝基合金的高温低周疲劳的机理。结果表明:Ti-43Al-9V-0.3Y合金的应变疲劳的过渡疲劳寿命循环周次约为49,合金的循环应力响应行为取决于外加总应变幅,合金疲劳行为具有循环软化特性,弹性变形是该合金低周疲劳的主要因素。

关键词：钛铝合金应变控制疲劳寿命疲劳行为