压缩循环加载下缺口裂纹的萌生与小裂纹扩展规律研究

对A3钢和ZG25铸钢进行了压-压疲劳裂纹萌生与小裂纹扩展规律试验，并用弹塑性有限元程序计算了试样缺口根部的应力应变场．得出残余应力的分布规律和随裂纹扩展的变化情况。通过对试验和计算结果进行理论分析，建立了小裂纹扩展的静态模型及数学表达式。缺口残余拉应力是裂纹萌生与扩展的驱动力．而卸载比是最主要的影响因素．     

Ф840D货车车轮辐板孔疲劳裂纹扩展特性研究

针对目前Ф840D货车车轮辐板孔裂纹故障增多及其可能带来的隐患,本文首先采用有限元方法数值模拟了不同运用条件下车轮的机械应力和制动热应力,其次根据线弹性断裂力学理论研究了辐板孔边裂纹的应力强度因子,最后结合Forman疲劳裂纹扩展方程及裂纹扩展门槛值,得到不同运用工况下辐板孔裂纹扩展的基本特性及规律,从而分析出了导致裂纹扩展的载荷条件.分析结果表明：辐板孔裂纹是典型的疲劳裂纹,是由萌生于辐板孔内侧的微细裂纹逐渐扩展而来的,它是由热负荷和机械载荷的综合效应造成的.单纯的机械载荷不会直接导致孔边裂纹的萌生和扩展;坡道制动与机械载荷的叠加才是导致辐板孔裂纹萌生与扩展的最主要的载荷工况.这对预防车轮疲劳失效、优化车轮设计,保障行车安全,具有重要意义.     

φ840D货车车轮辐板孔疲劳裂纹扩展特性研究

针对目前840D货车车轮辐板孔裂纹故障增多及其可能带来的隐患,本文首先采用有限元方法数值模拟了不同运用条件下车轮的机械应力和制动热应力,其次根据线弹性断裂力学理论研究了辐板孔边裂纹的应力强度因子,最后结合Forman疲劳裂纹扩展方程及裂纹扩展门槛值,得到不同运用工况下辐板孔裂纹扩展的基本特性及规律,从而分析出了导致裂纹扩展的载荷条件。分析结果表明:辐板孔裂纹是典型的疲劳裂纹,是由萌生于辐板孔内侧的微细裂纹逐渐扩展而来的,它是由热负荷和机械载荷的综合效应造成的。单纯的机械载荷不会直接导致孔边裂纹的萌生和扩展;坡道制动与机械载荷的叠加才是导致辐板孔裂纹萌生与扩展的最主要的载荷工况。这对预防车轮疲劳失效、优化车轮设计,保障行车安全,具有重要意义。     

14MnNb新桥钢疲劳裂纹扩展速率试验研究

对三种厚度１４ＭｎＮｂ新桥钢基材进行了三种应力比下的疲劳裂纹扩展速率试验，给出了全部试验结果。试验结果表明：随着应力比Ｒ和试件厚度的增加，疲劳裂纹扩展速率随之增加。     

应用神经网络的疲劳裂纹演化规律的描述

疲劳裂纹数密度和裂纹扩展速率是描述材料疲劳损伤程度、预测材料疲劳寿命的两个重要参数。关于光滑试件表面疲劳裂纹数密度演化及疲劳裂纹扩展规律的定量化描述的研究，人们一直非常重视，业已提出了一些模型，但其适用范围均受到限制。因此，目前尚未有被广泛接受的裂纹演化定量模型。研究用ＢＰ神经网络描述疲劳裂纹数密度演化、裂纹扩展速率演化规律，结果表明：该方法合理可行，解决了传统描述方法确定长短裂纹分界点的困难，同     

45~#车轴钢疲劳性能试验研究

通过非金属夹杂物检验和室温拉伸试验,在确保材料的冶金质量和力学性能符合标准要求的基础上,进行旋转弯曲疲劳试验和断口分析,对45#车轴钢的疲劳性能进行研究。结果表明:与光滑试件相比,带有深度为0.75mm缺口的试件,其疲劳极限应力降低44%,其S—N曲线左段部分的斜率更大;其缺口敏感系数为0.79;表面应力集中是导致光滑试件萌生疲劳裂纹的原因;在有缺口的试件断口截面上存在多个疲劳源区,裂纹萌生在缺口的前缘,而且主要是由于缺口处应力集中所致;较大尺寸的非金属夹杂物也是导致车轴钢可能产生疲劳裂纹的启裂源。     

高速列车空心轴表面裂纹前缘应力强度因子解析模型

高速列车运行中其车轴可能受到硬物的高速冲击造成缺口,由于缺口所造成的应力集中会在车轴表面萌生疲劳裂纹,如果没有及时发现而继续使用,车轴会受到扰动载荷的作用,导致表面裂纹不断扩展,直至发生断裂。对车轴的疲劳断裂问题进行研究时,可通过应力强度因子进行断裂安全分析。由于空心轴的使用越来越广泛,其裂纹扩展问题也成为了研究的重点。空心车轴与实心车轴相比,表面裂纹情况更加复杂,无法利用已有公式计算出应力强度因子的解。通过对实心轴表面裂纹应力强度因子解析式进行修正,得出空心轴表面裂纹应力强度因子,将其与Carpinteri通过有限单元法得到的应力强度因子进行比较。结果表明,空心轴半椭圆表面裂纹应力强度因子解析模型具有较高的精度,为空心轴裂纹扩展的进一步研究提供了参考。     

15MnVNq钢焊接接头疲劳裂纹扩展规律的研究

采用国家标准ＧＢ６３９８－８６规定的试验方法，对１５ＭｎＶＮｑ钢焊接接头在疲劳裂纹扩展中速区和近门槛值区的裂纹扩展规律进行了深入的研究。在应力比，残余应力对疲劳裂纹扩展的影响方面获得了有价值的成果。本文还在疲劳断口的研究方面进行了新的尝试，探讨了二次裂纹对疲劳裂纹扩展的影响。     

高速铁路钢轨疲劳过程的超声非线性系数表征

在U71Mn钢轨截面上不同位置取9个带有燕尾状缺口的试件进行三点弯曲疲劳试验和超声波非线性检测,提取试件在不同疲劳加载循环次数下超声波的基波幅值和二次谐波幅值,据此计算钢轨疲劳过程的超声非线性系数,并用扫描电镜和金相显微镜观察对应试件表面的微观形貌,研究超声非线性系数与钢轨疲劳裂纹萌生和扩展的关系。结果表明:在钢轨疲劳过程中,超声非线性系数呈规律性变化;在试件疲劳的初期,超声非线性系数缓慢升高,当疲劳加载循环次数达到7万次以后超声非线性系数开始快速增长,对应的试件开始萌生裂纹,到9万次以后试件的裂纹开始生长,当疲劳加载循环次数达到11万次时超声非线性系数达到峰值,然后随着疲劳加载循环次数的继续增加,超声非线性系数开始呈降低趋势,并在13万次时裂纹已经生长为3mm长的宏观裂纹,这说明超声非线性系数对钢轨疲劳过程中裂纹的萌生和扩展的变化非常敏感,验证了超声非线性系数用于表征U71Mn钢轨疲劳损伤过程的有效性。     

高速列车制动盘裂纹现状调查分析

对我国高速列车“中华之星”及“先锋号”上用的制动盘裂纹现状进行全面调查。分析了制动盘裂纹剖面的宏观形貌特征,并对制动盘裂纹萌生和扩展机理进行探讨。发现裂纹剖面宏观形貌特征与制动盘疲劳裂纹扩展规律之间存在一定的关联,为制动盘寿命评估提供了新的思路。     

Q345qD桥梁钢疲劳裂纹扩展速率试验研究

为采用线弹性断裂力学方法对既有铁路钢桥进行疲劳评估,利用紧凑拉伸试样、基于柔度法的测量手段,对6.1,10.0和23.5mm厚的我国应用最广泛的Q345qD桥梁钢进行疲劳裂纹扩展速率试验,分别采用单试件数据点和成组(相同材料、厚度和应力比)数据点拟合,得到不同厚度、不同应力比下试件的疲劳裂纹扩展速率参数。试验结果表明:在通常的应力强度因子幅值范围(10~70 MPa·m1/2)内,基于单试件数据点拟合参数得到的疲劳裂纹扩展速率明显高于基于成组数据点拟合参数得到的裂纹扩展速率;Q345qD桥梁钢的疲劳裂纹扩展速率随应力比增加而增加,当应力比从0.1增加到0.5时,本批次钢材的疲劳裂纹扩展速率增幅为7%~25%,但随板厚增加的变化并不显著;本批次Q345qD桥梁钢的疲劳裂纹扩展性能优于HPS485W和14MnNbq桥梁钢及BS7910标准中给出的通用钢材疲劳裂纹扩展性能。     

低温环境下铁路钢桥疲劳断裂性能研究

针对青藏铁路修建中遇到的钢结构抗疲劳问题，以364根试件的裂纹尖端张开位移试验（CTOD）、702根试件的夏比V型缺口冲击试验（CVN）以及24mm钢板对接焊缝疲劳裂纹扩展速率试验的数据为依据，研究-50℃低温环境下铁路钢桥的疲劳断裂性能。采用常规疲劳试验和数据分析方法会得出“低温疲劳性能好于常温疲劳性能”的错误结论。断裂力学理论分析的结果表明，在相同应力条件下，低温时的疲劳容许裂纹长度（17mm）远小于常温情况（56mm）；相同疲劳循环次数下-50℃与常温的疲劳应力幅的比值为0．88；低温下裂纹稳定扩展区和急剧扩展区的交界点前移。根据研究结果确定，-50℃低温环境下钢桥的疲劳设计可采用现有桥梁钢结构规范规定的公式，但其疲劳容许应力幅取现行规范规定的常温值的80％，同时还应满足相应的构造细节设计及制造的特殊规定。     

货车车轮轮辋裂纹扩展特征分析

通过进行有限元计算和车轮轮辋材料疲劳裂纹扩展试验,研究了货车车轮轮辋裂纹扩展的主要控制因素和扩展规律。结果表明,轮辋深部裂纹尖端Ⅰ型应力强度因子为负值,即裂纹为闭合型;裂纹扩展主要受Ⅱ、Ⅲ型及其复合应力强度因子控制。在Ⅰ型(负值)应力强度因子及裂纹面间的摩擦力共同作用下,裂纹尖端的Ⅱ、Ⅲ型应力强度因子幅值较低,裂纹不易发生偏折或分叉,一般会沿着轮辋踏面切线方向扩展,直至扩展到踏面。     

LZ50车轴钢的疲劳起裂阈值及强度

应用复型技术和逆序观测法对LZ50车轴钢光滑试样的早期疲劳短裂纹扩展行为进行试验研究.根据有效短裂纹理论,采用当量Ⅰ型主导有效短裂纹的概念描述材料群体疲劳短裂纹萌生、扩展的规律,利用最大微观结构障碍的概念推导该材料的疲劳起裂阈值及疲劳强度.研究结果如下:每个试样的有效短裂纹起源于试样表面的某些铁素体,这些裂纹萌生和扩展过程具有强烈的随机多裂纹特征;由于受最大微观组织障碍的约束,当量Ⅰ型主导有效短裂纹的扩展率具有初期下降和后期上升的特征;疲劳短裂纹的起裂阈值与最低扩展率和最大材料微观组织障碍相关,其值为1.973 76 MPa·m0.5;起裂阈值所对应的疲劳强度具有随表面缺陷当量尺寸的增加而下降的特点,当尺度大于50μm时,疲劳强度低于常规疲劳极限.     

坡道制动条件下840D车轮辐板孔裂纹扩展速率的研究

针对大秦运煤专线840 D车轮辐板孔裂纹情况,就坡道制动工况下从确立车轮载荷条件入手,采用有限元数值模拟机械应力及热应力,然后把计算结果叠加采用断裂力学方法,分析辐板孔边疲劳裂纹萌生和扩展的载荷条件以及裂纹的扩展速率。     

车轮钢II型裂纹的疲劳及断裂试验研究

通过试验测定了车轮钢Ⅱ型裂纹的疲劳扩展速率、断裂韧性ＫⅡＣ和应力强度因子范围门槛值ΔＫｔｈ，绘制了ｄａ／ｄＮ－ΔＫ；曲线，确定了Ｐａｒｉｓ公式，计算了轮辋裂纹的临界尺寸，根据轮辋裂纹的失效尺寸，计算了车轮的疲劳扩展寿命。为研究轮辋裂纹的扩展规律提供了重要的理论依据。     

粗糙度诱发裂纹闭合的研究

作者从粗糙度诱发裂纹闭合的几何模型着手，通过推导得出了应力比、显微组织与裂纹闭合间的关系表达式，并就U71Mn钢不同奥氏体晶粒、不同应力比对裂纹闭合以及门槛值附近疲劳裂纹扩展行为的影响进行了研究。结果表明，粗大奥氏体晶粒由于有较大的断面粗糙度，使裂纹闭合程度增大．从而提高门槛值，但它不影响中速区域疲劳裂纹的扩展。应力比除了影响裂纹扩展的微观过程外，主要是影响裂纹闭合。随着应力比的增加，裂纹闭合作用减少，表现出裂纹扩展速率的提高和门槛值的降低。     

动车转向架构架齿轮箱吊座应变疲劳寿命研究

上海地铁1号线动车在使用几年后其转向架构架齿轮箱吊座就开始产生裂纹。根据裂纹萌生部位的线路实测应力，采用应变疲劳寿命分析方法对构架齿轮箱中吊座进行了疲劳寿命计算，缺口疲劳系数是影响疲劳寿命的主要因素。     

轨钢在冲击载荷作用下表面裂纹的扩展行为

研究轨钢表面裂纹在正弦波和矩形波载荷交替作用下的扩展规律，结果表明轨钢在冲击载荷作用下，表面裂纹扩展速率比正弦波的扩展速率平均快5倍，极限时相差92倍。缺口应力场的数值分析和疲劳裂纹扩展实验均证实表面裂纹扩展速率可用帕里斯(Paris)公式描述．其估算的寿命值和实际值相吻合。     

弯矩作用下钢轨疲劳裂纹扩展行为研究

研究目的：车辆在运行过程中受到多种载荷的相互作用。在多种因素作用下，如车轮本身有不圆度；车辆在通过曲线段、轨缝、岔道时对钢轨产生冲击，不可避免车轮会对钢轨产生法向载荷，从而使得弯矩对疲劳裂纹的萌生和扩展产生影响。为研究弯矩对不同材料钢轨疲劳性能的影响，本文在NENE-2型微动实验机上，对U71Mn、PD32种材料钢轨在弯矩作用下的疲劳裂纹扩展性能进行试验研究，据此提出减缓钢轨疲劳损伤的措施。研究结果：分析研究和试验表明，疲劳裂纹从应力集中点首先开始萌生，其中主剪切应力占有重要影响；静载作用时裂纹扩展方向会发生大角度改向，而动态加载过程中疲劳裂纹扩展方向稳定；相同加载速率条件下，PD3钢轨疲劳裂纹较U71Mn钢轨更易萌生与扩展。为了防止和减缓钢轨的疲劳损伤，应根据线路的类型和钢轨的实际工作环境选择适合材料的钢轨，货运重载线路，选择较高机械强度的PD3钢轨；高速线路，选择U71Mn钢轨．