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氢气含量与加载频率对X80钢管接头疲劳裂纹扩展速率的影响

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机械工程材料 2024年第4期48卷 51-56页

作者：刘忠李毅宋卫臣辛萌中国石油化工股份有限公司工程部北京100728 中石化石油工程设计有限公司东营257026

在氮气,体积分数均为2%的H_(2)+CO_(2)以及体积分数分别为5%,2%的H_(2)+CO_(2)环境中,对X80钢管接头试样进行不同加载频率(0.1,1.0,10.0 Hz)的疲劳裂纹扩展试验,研究了氢气含量和加载频率对疲劳裂纹扩展速率的影响。结果表明:当加载频率... 详细信息

在氮气,体积分数均为2%的H_(2)+CO_(2)以及体积分数分别为5%,2%的H_(2)+CO_(2)环境中,对X80钢管接头试样进行不同加载频率(0.1,1.0,10.0 Hz)的疲劳裂纹扩展试验,研究了氢气含量和加载频率对疲劳裂纹扩展速率的影响。结果表明:当加载频率为1.0 Hz时,氢气含量越高,接头母材、热影响区和焊缝裂纹扩展速率越大,且焊缝中的裂纹扩展速率增大程度最大;含氢环境中焊缝的疲劳裂纹扩展速率小于母材和热影响区;当氢气体积分数为5%时,母材和热影响区均发生韧性断裂,但疲劳断口上存在微小的二次裂纹和少量平台状结构等脆性断裂特征,焊缝疲劳断口出现长度近80μm的二次裂纹,但断口形貌仍主要呈韧性断裂特征;氢气体积分数为5%时,随着加载频率增加,母材的疲劳裂纹扩展速率先增大后减小,加载频率为1.0 Hz时的疲劳裂纹扩展速率最大。

关键词： X80管线钢焊接接头氢致开裂疲劳裂纹扩展速率加载频率

电弧熔丝增材制造碳钢与高强钢钢板的疲劳裂纹扩展速率

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工程力学 2024年

作者：郑元鹏陈涛邵振伟黄诚同济大学建筑工程系帝国理工学院土木与环境工程系福建省产品质量检验研究院同济大学工程结构性能演化与控制教育部重点实验室

对电弧熔丝增材制造（Wire arc additive manufacturing， WAAM）碳钢与高强钢钢板开展疲劳裂纹扩展速率（Fatigue crack growth rate， FCGR）试验。从采用平行路径打印方法生产的名义厚度为8 mm和3 mm的WAAM碳钢钢板以及名义厚度为3 m... 详细信息

对电弧熔丝增材制造（Wire arc additive manufacturing， WAAM）碳钢与高强钢钢板开展疲劳裂纹扩展速率（Fatigue crack growth rate， FCGR）试验。从采用平行路径打印方法生产的名义厚度为8 mm和3 mm的WAAM碳钢钢板以及名义厚度为3 mm的WAAM高强钢钢板上以三种不同角度切取材料加工制成紧凑拉伸（Compact-tension， CT）试件，开展应力比R为0.1的常幅加载疲劳试验。以Paris公式描述疲劳裂纹扩展速率，拟合并总结得出WAAM碳钢与高强钢钢板的Paris公式常数C与m均值与特征值。使用扫描电子显微镜观察试件的疲劳断面，从微观角度分析两种WAAM钢板宏观上疲劳裂纹扩展速率差异的原因。与规范推荐值以及文献中其他钢材的疲劳裂纹扩展速率相对比，讨论指出两种WAAM钢板的疲劳裂纹扩展速率与普通钢材相近，其中WAAM高强钢钢板的疲劳裂纹扩展速率优于WAAM碳钢，并且低于规范推荐的常用均值，这样的现象与其在微观层面上的断面特点相关；疲劳裂纹扩展速率受加载角度的影响不明显；平行路径与振荡路径打印的碳钢钢板疲劳裂纹扩展速率接近，而平行路径打印的高强钢与振荡路径打印相比在疲劳裂纹扩展速率上更为稳定均一。

关键词：紧凑拉伸试件电弧熔丝增材制造金属3D打印疲劳裂纹扩展速率疲劳断面

不同驱动参量的金属材料疲劳裂纹扩展速率模型综述

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热加工工艺 2024年第5期53卷 119-123页

作者：张亚军张新烨徐阳单建军张欣耀海洋腐蚀腐蚀与防护全国重点实验室河南洛阳471023 中国船舶集团有限公司第七二五研究所河南洛阳471023 河南省船舶及海工装备结构材料技术与应用重点实验室河南洛阳471023 防灾科技学院河北廊坊065201

疲劳裂纹扩展速率da/d N是金属材料进行损伤容限设计时用到的一项重要力学性能指标,其获得并不直接依赖于裂纹扩展的驱动参量,这为采用不同驱动参量表征da/d N提供了可能性。本文分别介绍了以裂纹尖端应力强度因子范围△K、能量释放率... 详细信息

疲劳裂纹扩展速率da/d N是金属材料进行损伤容限设计时用到的一项重要力学性能指标,其获得并不直接依赖于裂纹扩展的驱动参量,这为采用不同驱动参量表征da/d N提供了可能性。本文分别介绍了以裂纹尖端应力强度因子范围△K、能量释放率变化范围△G、J积分变化范围△J、张开位移变化范围△δ、塑性区变化范围△r、裂纹前缘附近应变范围△εT等为疲劳裂纹扩展驱动参量的裂纹扩展速率模型及应用,为研究疲劳裂纹扩展规律时不同驱动参量的选择提供依据。

关键词：驱动参量金属材料疲劳裂纹扩展速率模型

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TC17 钛合金疲劳裂纹扩展速率

稀有金属材料与工程 2022年第11期51卷 4358-4362页

作者：郭萍张菁丽强菲辛社伟西北有色金属研究院陕西西安710016

研究了显微组织形态对TC17钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响,并结合裂纹扩展路径进行了分析。结果表明,对于TC17合金,在裂纹扩展的第Ⅰ阶段和第Ⅲ阶段,等轴组织随着固溶温度的升高,扩展速率加快,显微组织对中速区的裂纹扩展速率影响不大;对... 详细信息

研究了显微组织形态对TC17钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响,并结合裂纹扩展路径进行了分析。结果表明,对于TC17合金,在裂纹扩展的第Ⅰ阶段和第Ⅲ阶段,等轴组织随着固溶温度的升高,扩展速率加快,显微组织对中速区的裂纹扩展速率影响不大;对2种片层组织结构的裂纹扩展速率分析结果表明,仅固溶态的组织在裂纹扩展的整个阶段具有较低的裂纹扩展速率,并且起裂区对应较高的应力强度因子,裂纹在固溶态组织中的扩展路径较固溶时效态的曲折。

关键词： TC17钛合金疲劳裂纹扩展速率裂纹扩展路径

应力比对含缺陷选区激光熔化TC4合金稳态疲劳裂纹扩展速率的影响

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金属学报 2023年第10期59卷 1411-1418页

作者：戚钊王斌张鹏刘睿张振军张哲峰郑州大学河南先进技术研究院郑州450001 中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心沈阳110016

选择含有2种不同微观缺陷的选区激光熔化TC4合金,定性研究了缺陷尺寸对稳态阶段疲劳裂纹扩展速率的影响规律,并对缺陷尺寸较小的合金,在不同应力比(R=0.1、0.3和0.5)下进行稳态阶段疲劳裂纹扩展速率对比研究。在疲劳裂纹扩展速率(da/dN... 详细信息

选择含有2种不同微观缺陷的选区激光熔化TC4合金,定性研究了缺陷尺寸对稳态阶段疲劳裂纹扩展速率的影响规律,并对缺陷尺寸较小的合金,在不同应力比(R=0.1、0.3和0.5)下进行稳态阶段疲劳裂纹扩展速率对比研究。在疲劳裂纹扩展速率(da/dN,其中,a为裂纹长度,N为应力循环周次)和应力强度因子范围(ΔK)关系的基础上,利用Paris公式拟合分析,结果表明,缺陷尺寸增大导致da/dN增大,即Paris公式中的系数m不变,C增大;而随着R增大,ΔK减小,da/dN增大,同时da/dN曲线在低ΔK时汇集,即Paris公式中的系数m增大,C减小,且m和lgC之间存在线性关系,该关系不受R的影响。最终结合疲劳损伤机制,对微观缺陷和R引起的不同变化规律进行了分析。

关键词：选区激光熔化 TC4 合金缺陷应力比疲劳裂纹扩展速率 Paris 公式

应力比对服役后X56钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响

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材料导报 2022年第15期36卷 160-165页

作者：高旭东邵永波郭永健钟颖罗霞飞西南石油大学机电工程学院成都610500 西南石油大学土木工程与测绘学院成都610500

为研究服役后API 5L X56钢海底输油双层管道的腐蚀疲劳裂纹扩展速率(FCGR),分别在海水和空气环境下对管道上截取的标准紧凑拉伸(CT)试样进行不同应力比(R=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5)的疲劳裂纹扩展(FCG)试验。稳定裂纹扩展初期,在给定的... 详细信息

为研究服役后API 5L X56钢海底输油双层管道的腐蚀疲劳裂纹扩展速率(FCGR),分别在海水和空气环境下对管道上截取的标准紧凑拉伸(CT)试样进行不同应力比(R=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5)的疲劳裂纹扩展(FCG)试验。稳定裂纹扩展初期,在给定的应力强度因子幅值(ΔK=35 MPa·m^(0.5))下,服役后X56钢在海水环境下的疲劳裂纹扩展速率(d a/d N)约为空气中的1.64倍;随着ΔK的增大,海水腐蚀作用越来越小。综合分析应力比对海水环境下X56钢的疲劳裂纹扩展曲线的影响,结果发现:应力比对裂纹稳定扩展初期阶段的疲劳裂纹扩展速率影响较大,低应力比(R=0.1、0.2、0.3)对裂纹稳定扩展中间稳定阶段的疲劳裂纹扩展速率影响较小,高应力比(R=0.4、0.5)状态下裂纹稳定扩展整个阶段的腐蚀疲劳裂纹扩展速率明显提高。扫描电镜下CT试样的疲劳断口均为穿晶型断裂。海水腐蚀环境中,随着应力比的增大,解理断裂形成的解理台阶的晶面面积和高度差逐渐减小,疲劳断口越来越平坦,疲劳裂纹扩展方式由撕裂型向解理型进行转变。

关键词： X56钢双层管应力比海水 Paris定理疲劳裂纹扩展速率

应力比对EH36钢在海洋腐蚀环境中疲劳裂纹扩展速率的影响

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材料导报 2023年第19期37卷 188-194页

作者：钟颖邵永波高旭东罗霞飞朱红梅杨冬平西南石油大学土木工程与测绘学院成都610500 西南石油大学机电工程学院成都610500 中国石化胜利油田技术检测中心山东东营257062

EH36钢因强度高、低温韧性好、自重较轻等性能优势而被广泛应用于大型海洋平台。为评估在海洋腐蚀环境中改变应力比对EH36钢腐蚀疲劳性能的影响,采用三级应力比(R=0.1、0.3、0.5)分别开展了空气环境、海水全浸环境和海水浪溅环境中EH36... 详细信息

EH36钢因强度高、低温韧性好、自重较轻等性能优势而被广泛应用于大型海洋平台。为评估在海洋腐蚀环境中改变应力比对EH36钢腐蚀疲劳性能的影响,采用三级应力比(R=0.1、0.3、0.5)分别开展了空气环境、海水全浸环境和海水浪溅环境中EH36钢的疲劳裂纹扩展试验。在同一应力强度因子幅值(ΔK)下,EH36钢在三种环境中均表现出应力比R升高对疲劳裂纹扩展速率d a/d N的加速作用。空气环境中应力比对裂纹扩展速率会产生较大影响,对材料常数C和m影响很小,但在海水全浸环境和海水浪溅环境中,应力比增大不仅促进了裂纹扩展,而且使材料常数C和m发生变化。载荷条件相同时,海水全浸环境和海水浪溅环境中的裂纹扩展速率明显大于空气环境中的裂纹扩展速率,两种腐蚀环境对疲劳裂纹扩展行为的作用效果基本一致。通过观察断口形貌发现空气中的试件断口形貌表现为准解理特征,海水全浸环境和海水浪溅环境中的CT试件断口形貌大致相同,更接近于解理断裂。

关键词： EH36钢海水浪溅环境应力比疲劳裂纹扩展速率断口形貌

服役后API 5L X56钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率试验研究

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应用力学学报 2023年第5期40卷 1133-1142页

作者：郭永健邵永波高旭东罗霞飞钟颖西南石油大学土木工程与测绘学院成都610500 西南石油大学机电工程学院成都610500

为研究服役后X56双层海底管道钢的疲劳裂纹扩展速率,对外层管上截取的标准紧凑拉伸试样分别在空气和海水环境下进行不同最大疲劳载荷(P max=9 kN,10 kN,12 kN)的疲劳裂纹扩展试验。与空气环境中CT试样的疲劳裂纹扩展速率相比,裂纹生长至... 详细信息

为研究服役后X56双层海底管道钢的疲劳裂纹扩展速率,对外层管上截取的标准紧凑拉伸试样分别在空气和海水环境下进行不同最大疲劳载荷(P max=9 kN,10 kN,12 kN)的疲劳裂纹扩展试验。与空气环境中CT试样的疲劳裂纹扩展速率相比,裂纹生长至15.38 mm时,9、10、12 kN载荷下海水环境中CT试样的疲劳裂纹扩展速率分别提高了1.82倍、1.54倍、1.43倍;随着裂纹扩展长度增大,外界载荷起主导作用,海水腐蚀的影响越来越小。综合分析最大疲劳载荷对疲劳裂纹扩展的影响,结果发现相同裂纹长度的前提下,疲劳载荷增加,应力强度因子幅值(ΔK)和疲劳裂纹扩展速率(d a/d N)增加,海水腐蚀影响逐渐减小。疲劳裂纹扩展试验中所施加的最大疲劳载荷对CT试样的疲劳寿命具有较大影响,对Paris常数的影响较小。扫描电镜下CT试样的疲劳断口均为穿晶型断裂。海水环境中CT试样的疲劳断口表现出更多的二次裂纹和更高的撕裂脊。随着最大疲劳载荷增加,解理断裂形成的解理台阶晶面面积和高度差逐渐增大,疲劳断口越粗糙,解理特征越明显。

关键词： X56钢紧凑拉伸试样最大疲劳载荷海水疲劳裂纹扩展速率

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基于弹塑性力学的疲劳裂纹扩展速率的研究

机械强度 2023年第3期45卷 607-612页

作者：徐礼达张瑞金赵硕东北大学机械工程与自动化学院沈阳110819 中车唐山机车车辆有限公司唐山064000

基于增量塑性理论定义的J积分,结合试验和计算机仿真方法,研究建立基于弹塑性力学的裂纹扩展速率的方法,通过与基于线弹性力学的裂纹扩展速率曲线比较,基于增量塑性J积分的裂纹扩展速率曲线很好地描述了材料断裂力学性能特征,验证了ΔJ... 详细信息

基于增量塑性理论定义的J积分,结合试验和计算机仿真方法,研究建立基于弹塑性力学的裂纹扩展速率的方法,通过与基于线弹性力学的裂纹扩展速率曲线比较,基于增量塑性J积分的裂纹扩展速率曲线很好地描述了材料断裂力学性能特征,验证了ΔJ积分作为裂纹扩展驱动力参量的合理性,为进一步研究探讨裂纹扩展机制提供研究基础,并基于7N01铝合金试验数据提出了一种简单归一化模型,考虑了应力比对裂纹扩展速率的影响,适用于工程实际中估算材料的疲劳裂纹扩展寿命。

关键词：疲劳裂纹扩展速率弹塑性力学 J积分应力比效应