铝合金车轮支架台架开裂失效分析

对两件开裂的车轮支架(编号分别为1#、2#)进行失效分析。试验过程中首先产生疲劳开裂损伤,后续过程中受较大载荷作用疲劳裂纹发生快速扩展从而形成宏观可见裂纹。通过观察、金相分析,光谱分析及电镜分析认为:1#车轮支架筋条上存在一条裂纹,开裂模式为疲劳开裂,发生开裂的原因应与筋条表面存在聚集态疏松缺陷导致其抗疲劳性能降低有关;2#车轮支架两筋条上各存在一条裂纹,二者开裂机理一致。     

汽车发动机气门弹簧失效分析

为了分析和研究汽车发动机气门弹簧断裂件的断裂原因和机理,对其进行了全面检测,包括断口形貌和金相组织的观察,化学成分分析,硬度、非金属夹杂物级别和喷丸覆盖率的测试等。结果表明,该气门弹簧件的断裂为扭转正应力疲劳断裂,疲劳源萌生于弹簧内侧次表层的夹杂物处,夹杂物与基体弹性模量的差异以及夹杂物形状的不规则是导致疲劳源萌生的主要原因。     

摩托车后平叉轴螺纹折叠的正交试验研究(2)

<正>(上接2014年第11期)对断裂件疲劳区进行EDS分析,测试结果如表2所示,EDS分析图谱如图2、图3所示,通过疲劳源区成分与基材成分对比,Zn含量较高,说明镀Zn前裂纹就存在。由图5~图7所示的断面金相分析可知,螺纹夹杂物合格,基体显微组织回火索氏体正常,表面脱碳深度为8.3μm也符合要求,但疲劳源区螺牙底部存在折叠裂纹,最大长度0.05 mm,裂纹周围无明显氧化、     

悬置双头螺柱失效分析

某车型的左悬置与支架连接的双头螺柱在试验过程中发生断裂,其材料是42CrMo,强度等级为10.9级,依次对其进行宏观形貌分析、微观形貌分析、金相检查、化学成分分析和力学性能检查.结果 显示,双头螺柱在长期交变应力作用下产生了微裂纹,最终发生疲劳断裂.断裂原因是螺柱生产工艺顺序不当,先加工螺纹后进行调质处理使牙底的疲劳强度不足.     

自冲铆接疲劳裂纹产生机理的研究

自冲铆接的微裂纹会在铆接孔中产生,这主要是由于材料内部组织的不均匀性及铆接模具的结构、形状造成的。疲劳裂纹还会在非铆接孔中产生,因为材料内部微观组织、相的强度、塑性和韧性等物理力学性能不一致,在受到载荷后微观组织变形不协调,这就导致在材料内部某些点的应力超过此点的微观允许内应力,故出现微裂纹。微裂纹还可能由材料内部的缩孔、缩松、夹杂和小的孔洞等引起的。微裂纹的扩展往往由于撕裂弯矩和拉伸载荷的共同作用造成,裂纹扩展越来越快。自冲铆接的寿命主要由裂纹萌生和小裂纹的扩展组成。     

锈蚀钢丝疲劳断口分析与寿命预测

为了研究桥梁锈蚀高强度钢丝的疲劳性能以及疲劳断裂机理,并为基于断裂力学理论的锈蚀高强度钢丝疲劳寿命评价提供试验依据,以服役10余年的漂浮结构体系的拱桥吊杆退役钢丝及人工加速腐蚀钢丝为试验样本,对这2类钢丝进行了不同应力幅下的疲劳试验;利用扫描电镜分析了锈蚀钢丝的疲劳断口形貌特征以及疲劳断裂失效过程,对比分析了2类锈蚀钢丝疲劳源的蚀坑尺寸;考察了2类锈蚀钢丝初始裂纹应力强度因子及剩余断裂韧性,并与既有的钢丝疲劳阈值和断裂韧性指标进行了比较;采用三参数公式对锈蚀钢丝应力-寿命(S-N)曲线进行了拟合,对比了不同锈蚀程度钢丝S-N曲线的差异;针对锈蚀钢丝高应力幅的疲劳寿命特征,运用线弹性断裂力学方法对其进行了分析。结果表明:随着腐蚀程度的增加,钢丝的疲劳性能下降;表面蚀坑分布较密时,容易诱发多源裂纹并表现出不规则的裂纹扩展规律;萌生主裂纹的蚀坑阈值条件主要由疲劳裂纹扩展阈值ΔK_(th)控制;锈蚀钢丝S-N曲线在低应力范围下出现拐点,符合三参数公式的拟合规律;锈蚀钢丝的裂纹扩展寿命所占比例较大,基于一定初始裂纹尺寸假设得到的疲劳裂纹扩展寿命SN曲线能较好地反映锈蚀钢丝中等寿命区的平均疲劳行为。     

疲劳损伤的尿素过渡支架优化分析

基于S-N曲线对某商用车尿素过渡支架的疲劳寿命仿真分析结果,个别数据点与故障件有差异,结合断裂力学的裂纹萌生和扩展原理,以及故障件的形貌察看,文章分析了产生差异的原因,并确定了故障件结构局部优化的改进方案。     

基于健康监测数据的斜拉桥索梁锚固区焊缝疲劳萌生寿命预测

针对斜拉桥在通车运营不久就萌生疲劳裂纹的现象，以苏通长江大桥为工程背景，在建立焊接细节精细化有限元模型、分析焊接细节缺口应力集中系数和疲劳缺口系数的基础上，基于健康监测实测数据和局部应力应变法理论对索梁锚固区焊接细节处的疲劳裂纹萌生寿命进行预测。考虑到索梁锚固区焊接细节存在高值残余应力，分析了焊接残余应力对焊接细节疲劳裂纹萌生寿命的影响。研究结果表明，与下锚固板相连外腹板焊趾处的疲劳裂纹萌生寿命短于与上锚固板相连外腹板焊趾处的疲劳裂纹萌生寿命；焊接残余应力对疲劳裂纹萌生寿命的影响较大；考虑残余应力的疲劳裂纹萌生寿命较不计残余应力的疲劳裂纹萌生寿命下降60%左右。     

汽车门限位器限位臂失效分析

通过光谱仪、OM、硬度计、SEM和能谱仪等设备对断裂的汽车车门限位器拉杆臂的化学成分、显微组织、显微硬度和微区化学成分及断口形貌进行表征,分析其断裂原因。结果表明,QSTE420TM钢的组织为铁素体+珠光体,在失效件断口截面发现长条状的MnS夹杂物沿着带状组织分布,裂纹沿着MnS夹杂物扩展。钢中过多的长条状MnS夹杂物是导致裂纹萌生和扩展的主要原因,最终导致限位臂断裂。     

汽车摇臂试验品失效分析

利用扫描电镜考察摇臂试验品的断口形貌,对个别区域进行能谱分析。分析结果表明:冲片成形过程中在表面产生的微小裂纹是摇臂出现破坏裂纹最早的源头,是影响疲劳寿命的最主要因素;焊接工艺使基体产生的热影响区相互连接,补焊进一步对热影区组织产生不利的影响,这些因素削弱了摇臂的疲劳寿命。根据失效原因提出了几点建议。     

汽车轮辋焊接区裂纹分析

汽车滚型轮辋闪光对焊后焊接区域发现裂纹,通过对有裂纹的轮辋进行了化学成分分析和宏、微观检验。并对焊接工艺过程进行了研究,结果表明,焊接过程形成了焊缝表层氧化物夹杂,刮渣工艺不良造成焊缝表层毛刺状撕裂,通过调整焊接和刮渣工艺,可避免焊接区裂纹的发生。     

基于弯曲和径向疲劳试验的高强钢车轮仿真分析

选择具有优良成形性能的600 MPa级马氏体相钢制作成形复杂的轮辐及540 MPa级贝氏体双相钢制作轮辋。建立三维模型和有限元模型,采取静态分析模拟动态分析的方式分别对车轮弯曲和径向工况进行仿真分析,得出易于产生疲劳裂纹的应力集中点及其最大应力、应变值。选用疲劳寿命名义应变法建立了高强钢车轮的E-N曲线,利用疲劳分析软件对该车轮进行疲劳寿命分析。仿真结果表明,2种试验仿真中出现最大应力的位置与试验显示的位置相一致,进而验证了有限元方法预估高强钢车轮寿命的有效性。     

汽车悬置螺栓断裂失效分析

为查找某汽车安装螺栓的断裂原因,对螺栓进行了断口宏观、SEM电镜、化学成分、金相组织分析,并对同批次完整螺栓进行了力学性能测试。在各项理化试验的基础上,结合微观断口的形貌和断裂机理对螺栓的断裂原因进行了分析。结果表明：螺栓螺纹表面存在微裂纹是螺栓断裂的主要原因。     

轮辐局部厚度对铝车轮力学性能的影响

铝车轮具有外观精美、综合力学性能好及质量轻等特点,在轿车上得到大规模使用。根据底盘平台化发展需要,为适应不同规格制动器,对铝车轮局部变更可行性进行分析,以满足铝车轮与制动器间距要求。为减少设计和试验的周期,采用有限元方法对3种轮辐局部厚度不同的车轮进行13°冲击、90°冲击、弯曲疲劳及径向疲劳分析,并选择其中力学性能最差的铝车轮进行台架试验验证。结果表明:13°冲击气门孔位置的最大应力受轮辐厚度影响最大,90°冲击、弯曲疲劳和径向疲劳受轮辐厚度影响差异较小;3种规格车轮理论分析的力学性能和台架试验结果一致,均符合设计要求;为底盘平台化及铝车轮的通用化分析提供了一定的指导意见。     

空调压缩机气缸滑片的失效分析

某压缩机气缸滑片在制造阶段末期发生断裂失效,为寻找并分析断裂失效原因及提出解决措施,对失效的滑片进行了宏观形貌、微观组织、微区成分、金相组织、化学成分、硬度以及尺寸测量等分析。结果表明,压缩机气缸滑片的材质成分含量、氮化处理的硬度均符合要求;铣槽圆角小于设计值造成应力集中,热处理导致裂纹萌生和恶化扩展,以至于在经过氮化后,裂纹处的氧化物和氮化物增多;另外材料的夹杂物D类2.0细系含量偏高。为了得到好的产品质量,建议改进热处理工艺,提高铣槽加工的精度,改善圆角加工质量,减少应力集中;同时建议在选材要求中,增加对材料夹杂物进行控制的指标,提升产品本身韧性。     

SPR联接疲劳失效的研究

自冲铆接疲劳过程包括疲劳裂纹萌生、裂纹扩展和疲劳断裂等几个大的阶段。由于疲劳裂纹扩展占了自冲铆接大部分寿命,本文主要探讨了自冲铆接疲劳裂纹扩展的机理。对于连接中没有细观缺陷的地方,疲劳微观裂纹都是由不均匀的局部滑移、裂隙和显微开裂等引起的,然后经过裂纹扩展后达到疲劳失效;有缺陷的地方也可直接经裂纹扩展后最终疲劳失效,自冲铆接的疲劳扩展往往在铆接孔上发生。提出了提高疲劳强度的方法,对工程实践具有一定的指导性。     

正交异性钢桥面板弧形切口及其CFRP补强的疲劳性能

横隔板弧形切口疲劳裂纹为正交异性钢桥面板的主要疲劳病害之一，为研究该细节的疲劳抗力与裂纹处治技术开展了正交异性钢桥面足尺模型疲劳试验，对横隔板光滑弧形切口、含人工缺陷弧形切口、以及CFRP单面加固含人工缺陷弧形切口的疲劳性能进行了比较研究；结合有限元方法对横隔板光滑弧形切口疲劳评估方法进行了探讨。结果表明：打磨光滑的横隔板弧形切口在标准疲劳车作用下的疲劳寿命超过5 000万次，基本不存在疲劳问题。车轮荷载横隔板弧形切口处存在显著的压应力集中，热残余应力和轮载应力幅的组合效应构成了弧形切口疲劳开裂的外部驱动力。此外，初始几何缺陷是该细节疲劳开裂的重要影响因素。光滑弧形切口的疲劳评估，可采用距切口自由边6 mm处横隔板表面的主应力作为该细节名义应力，其疲劳抗力高于AASHTO规范的疲劳等级A（CAFL为165 MPa）。外贴CFRP补强可有效阻止含缺陷弧形切口处疲劳裂纹的发展。若以裂纹长度6.5 mm作为损伤容限，单面粘贴CFRP加固含缺陷横隔板弧形切口的疲劳寿命为未加固切口的14.5倍以上；若采用双面CFRP加固寿命将提高更多，提高幅度有待进一步研究。     

基于EIC增长的锈蚀钢筋混凝土梁疲劳寿命评估

锈蚀和疲劳荷载共同影响下的材料复合损伤机理十分复杂,会显著降低既有钢筋混凝土桥梁的使用寿命。为了能够准确地预测锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳寿命,通过从材料到钢筋混凝土构件的跨尺度分析,提出了一种基于材料失效机理的锈蚀钢筋混凝土梁疲劳寿命评估方法。该方法以断裂力学和等效初始裂纹理论为基础,并且可以同时考虑钢筋的不同锈蚀形态。结合锈蚀钢筋的疲劳拉伸试验结果,提出了不同锈蚀水平下的应力集中因子表达式,结果表明随锈蚀率的增长,应力集中因子先增大后减小。然后将局部锈蚀导致的应力集中的影响融入到应力强度因子计算模型中;通过对试验数据进行拟合得到了钢筋疲劳裂纹速率增长分析模型,对该模型从等效初始裂纹尺寸到临界裂纹长度进行积分来实现钢筋混凝土梁的疲劳寿命预测。为了验证本评估方法的有效性,开展了电化学快速锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能试验,试验梁失效形式均为受力主筋的疲劳断裂;采用扫描电子显微镜对疲劳失效后的锈蚀钢筋断口形貌进行了微观分析,对比了不同锈蚀程度下钢筋疲劳裂纹扩展形式的差异。将理论计算结果与本研究试验和已有文献中的试验值进行了比较,二者吻合较好,可为日后钢筋混凝土桥梁的腐蚀疲劳寿命评估提供科学依据。     

基于间接拉伸的老化沥青混合料残余寿命评价

为评价老化沥青混合料残余寿命，通过室内模拟老化条件制作试件和现场取芯试件，采用一次性间接拉伸试验探讨不同老化时间水平下试件的弹性模量、破坏模量以及劈裂强度演化规律，提出了以弹性模量为基础的老化系数评价指标；采用应力控制模式下的间接拉伸疲劳试验，研究了老化系数、残余疲劳寿命以及累计耗散能的关系。结果表明:在不同老化时间水平下，各评价指标的变化幅度存在显著差异，在老化初期弹性模量和破坏模量的变化幅度高于劈裂强度，弹性模量敏感性强、区分度高以及变异系数小能可靠和合理地评价老化沥青混合料力学性能；在短期老化时，老化系数增量显著，随着老化程度增加，老化系数增量趋于平稳；老化系数与残余疲劳寿命、累计耗散能存在良好的相关性，残余疲劳寿命和累计耗散能随着老化系数的增加而增加。     

基于疲劳试验的车轮拓扑优化和多目标优化

基于动态弯曲疲劳试验和动态径向疲劳试验对16×61/2J型车轮的轮辐进行了联合拓扑优化,设计了一个带有镁合金轮辋和铝合金轮辐的组装式车轮结构。建立其弯曲疲劳试验和径向疲劳试验的有限元模型,计算其强度、刚度、疲劳寿命和径向疲劳寿命安全系数,并分析了这些性能与车轮结构之间的关系。利用网格变形技术建立了组装式车轮在两种工况下的参数化模型并定义了12个设计变量,使用Isight软件平台集成各性能指标的计算软件建立了车轮多目标优化模型,利用哈默斯雷和最优拉丁超立方试验设计分别提取了72和10个样本点,拟合了Kriging近似模型并检验了近似模型的精度。利用所建立的近似模型,以车轮质量最小、弯曲疲劳寿命和径向疲劳寿命安全系数最大为目标,应力、位移和柔度为约束,采用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对车轮进行了多目标优化,得到了Pareto前沿,综合考虑了车轮各项性能,选取了一个妥协解作为优化结果,并对优化前后车轮综合性能进行了对比。结果表明,在满足车轮各项性能要求的条件下,优化得到组装式车轮的质量比同型铸造铝合金车轮减小了29.42%。