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机械工程材料 2024年第1期48卷 99-105页

作者：于明明韩光照谢逍原蔡力勋东方电气集团东方锅炉股份有限公司自贡643001 西南交通大学力学与航天航空学院成都610031

设计了薄片漏斗试样和配套弧形薄片夹具,对国产和进口N06230合金管薄片漏斗试样进行650℃高温低周疲劳试验,基于试验数据和能量密度等效方法建立循环应力幅-应变幅关系参数模型,利用有限元方法获得模型常数,并验证模型的准确性;利用该... 详细信息

设计了薄片漏斗试样和配套弧形薄片夹具,对国产和进口N06230合金管薄片漏斗试样进行650℃高温低周疲劳试验,基于试验数据和能量密度等效方法建立循环应力幅-应变幅关系参数模型,利用有限元方法获得模型常数,并验证模型的准确性;利用该模型获得2种合金管的循环应力幅-应变幅曲线和应变幅-寿命曲线以及Manson-Coffin律参数,并对2种合金管的疲劳性能进行对比。结果表明:根据薄片漏斗试样高温低周疲劳试验数据和确定循环应力幅-应变幅关系参数模型常数,获得的应力幅-应变幅曲线与有限元分析预设的曲线相吻合,拟合优度均高于0.98,说明该模型对于预测材料循环应力幅-应变幅关系具有普适性和精确性;国产N06230合金管的循环应力幅-应变幅曲线及疲劳性能与进口合金管相近。

关键词：薄片漏斗试样高温低周疲劳性能 N06230合金管 Manson-Coffin律

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基于弹塑性解析方程的薄片试样低周疲劳试验方法

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机械工程学报 2023年第6期59卷 72-83页

作者：张泽权蔡力勋韩光照黄茂波西南交通大学力学与航空航天学院成都610031

针对薄片漏斗试样,基于能量密度等效和量纲分析,提出了移幅-载荷幅关系(Relation between displacement-amplitude and load-amplitude,RDL)半解析方程;能量密度等效代表性体积单元(Representative volume element,RVE)的循环等效应力幅、等效应变幅(Cyclic equivalent stress-amplitudeandstrain-amplitude,CESS)解析方程;漏斗根部材料RVE单轴应变幅(Uniaxial strain-amplitude of material RVE at funnel root,US-R)半解析方程;材料与几何普适的薄片试样低周疲劳试验新方法。针对5种几何尺寸和13种预设材料组合的18种试样工况进行有限元分析,及对G115和16Mn进行薄片试样低周疲劳试验,结果表明,CESS解析方程预测的薄片漏斗试样等效应力幅-应变幅曲线与有限元预设曲线密切吻合,且新试验方法得到的G115和16Mn循环等效应力幅-应变幅关系和Manson-Coffin律与标准圆棒试样低周疲劳试验结果密切吻合。

关键词：能量密度等效解析方程薄片漏斗试样 Manson-Coffin律低周疲劳

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考虑循环塑性修正的薄片材料低周疲劳试验方法

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工程力学 2014年第1期31卷 218-223页

作者：贾琦蔡力勋包陈西南交通大学力学与工程学院四川成都610031

对N18锆合金和SAPH440板材采用薄片漏斗试样进行了室温下的等幅低周疲劳试验,基于局部应力、应变相等的疲劳损伤等效原理,建立了用于估算N18和SAPH440材料疲劳寿命的Manson-Coffin模型和循环应力-应变方程。对于符合Masing律的材料,提... 详细信息

对N18锆合金和SAPH440板材采用薄片漏斗试样进行了室温下的等幅低周疲劳试验,基于局部应力、应变相等的疲劳损伤等效原理,建立了用于估算N18和SAPH440材料疲劳寿命的Manson-Coffin模型和循环应力-应变方程。对于符合Masing律的材料,提出了一种获得循环本构关系的新方法,用转子材料B65A-S在300℃高温下的低周疲劳试验进行了验证。通过基于标定循环本构关系的有限元分析,建立了两种材料薄片漏斗试样平均应力到漏斗根部轴向应力、测试应变到漏斗根部轴向应变的转换模型。完成了SAPH440材料等直圆棒试样的低周疲劳试验,证明了采用薄片漏斗试样的低周疲劳测试新方法具有较高的精度。

关键词：低周疲劳有限元分析 N18合金 SAPH440 薄片漏斗试样损伤等效

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异型试样疲劳与断裂性能测试方法研究与应用

异型试样疲劳与断裂性能测试方法研究与应用

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作者：贾琦西南交通大学

学位级别：硕士

随着土木工程、核反应堆、航空航天、生物力学、高速铁路、汽车、大型船舶等工程领域的快速发展,结构设计与安全评价急需大量准确可靠的材料疲劳与断裂性能。然而对于薄板、薄壁短管材料的低周疲劳性能测试以及包括小直径棒材等小尺寸... 详细信息

随着土木工程、核反应堆、航空航天、生物力学、高速铁路、汽车、大型船舶等工程领域的快速发展,结构设计与安全评价急需大量准确可靠的材料疲劳与断裂性能。然而对于薄板、薄壁短管材料的低周疲劳性能测试以及包括小直径棒材等小尺寸材料的断裂性能测试却难以有效开展。本文主要完成了如下工作：(1)对于符合Masing效应的材料,提出了一种获得循环本构关系的新方法,用转子材料B65A-S在300℃高温下的低周疲劳试验进行了验证。通过基于标定循环本构关系的有限元分析,建立了两种材料薄片漏斗试样平均应力到漏斗根部轴向应力、跨漏斗轴向测试应变到漏斗根部轴向应变的转换模型。对N18锆合金和SAPH440板材采用薄片漏斗试样进行了室温等幅低周疲劳试验,基于疲劳损伤等效原理,建立了用于估算N18和SAPH440材料疲劳寿命的Manson-Coffin模型和循环应力应变方程。并完成了SAPH440材料等直圆棒试样的低周疲劳试验,证明了采用薄片漏斗试样的低周疲劳测试新方法具有较高的精度。(2)研究设计了具有较好对中性的对中夹头,实现了16Mn圆棒试样不同直径和不同裂纹深度下的的断裂韧性测试。基于有限元分析得到了预测裂纹长度的统一柔度公式。探讨了现有相关计算公式的差异,对等价能量法用于环状裂纹圆棒试样进行了研究。采用双引伸计测轴向位移、拍照等面积法计算最终裂纹长度,解决了裂纹扩展偏心所带来的影响。有限元计算证明载荷分离理论对于该试样成立,提出了几何函数G(a/R)的表达式,采用规则化方法处理得到各试样J积分与裂纹扩展量△a的变化曲线。同时用标准SEB试样完成了16Mn材料的断裂韧性测试,结果表明两种方法得到结果接近。(3)从Ramberg-Osgood模型推导出Chaboche本构模型,推导公式用于ANSYS计算中,得到了J积分与裂尖张开位移的关系,发展了一个更精确的考虑材料硬化影响的JIC有效性判定公式。(4)利用自研制高温夹具完成了Zr-1Nb合金和Zr-4合金薄壁短管试样不同温度下的单轴拉伸和375℃下的等幅低周疲劳试验。研究了温度和应变速率对拉伸性能的影响,以及不同温度下材料的循环特性。基于试验数据,给出了两种锆合金的单轴和循环本构关系及M-C寿命估算模型。(5)完成了STM528转子材料室温和300℃下的单调拉伸和等幅低周疲劳试验,以及室温下的疲劳裂纹扩展速率和准静态断裂韧度试验。获得了STM528的单调本构关系及Manson-Coffin寿命估算模型,并得到了STM528材料疲劳裂纹稳定扩展阶段的Paris律及准静态断裂韧度。

关键词：低周疲劳断裂韧性有限元分析薄片漏斗试样薄壁管环状裂纹圆棒试样本构关系有效性条件载荷分离法寿命估算柔度公式锆合金转子材料

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