加载波形对LZ50车轴钢疲劳裂纹扩展行为的影响

在三角波、正弦波、方波3种加载波形下对LZ50车轴钢紧凑拉伸试样开展疲劳裂纹扩展试验,采用扫描电镜观察断口形貌,并结合试验数据分析加载波形对裂纹尺寸增量和扩展速率的影响。结果显示:加载频率较高时,疲劳裂纹扩展行为对波形的敏感性较低,断口形貌基本相同;加载频率较低时,波形对疲劳裂纹扩展行为的影响增大,断口形貌出现差异;稳态扩展区以疲劳条带为主要扩展机制,三角波加载下的疲劳条带间距明显小于其他2种波形,其失稳扩展区形貌以韧窝为主,且韧窝较其他2种波形下的小且浅。同时,基于LS-DYNA软件和节点位移外推法对CT试样在3种加载波形下的应力强度因子进行计算和分析。结果表明:仿真分析波形对疲劳裂纹扩展的影响机制与试验结果基本一致。     

表面微喷丸对CuNi2Si合金疲劳短裂纹行为影响

在拉压载荷作用下，分别开展了CuNi₂Si合金微喷丸前后漏斗型圆棒试样的疲劳短裂纹复型试验；试验在预先确定的一系列载荷循环周次中断，以使用醋酸纤维膜对试样表面进行复型，进而采用逆序观察法获取了短裂纹萌生与扩展相关数据。分析结果表明:2种试样疲劳裂纹均萌生于试样表面，裂纹扩展受微观组织影响呈现曲折性增长, 整体表现出初期增长缓慢，后期裂纹长度迅速增长至试样断裂的趋势, 失稳扩展临界尺度约为750.0 μm; 微喷丸处理可以使裂纹增长模式由以晶间为主转为以穿晶为主，微喷丸前后断口形貌表现出巨大差异，相对未喷丸试样，微喷丸试样裂纹萌生位置呈现较大的晶体平面，无明显晶粒特征，裂纹源区面积较小，在疲劳过程中产生的纤维条纹数量较多，瞬断区韧窝形貌更为明显; 经微喷丸处理后，试样平均疲劳寿命提高约31.5倍，裂纹萌生和缓慢扩展阶段占比从整体疲劳寿命的60%增加至80%，可知微喷丸处理对于疲劳寿命的大幅提高主要体现在短裂纹的萌生和稳定扩展阶段，而这种强化效果主要受表面有效应力、硬度、晶界数目的共同影响，但该强化效果对疲劳裂纹扩展后期影响不大。      

基于遗传小波神经网络的疲劳短裂纹演变规律研究

疲劳短裂纹的演变历程是一种非线性动力学变化过程,为对其进行深入研究,本文采用遗传小波神经网络对其进行数值分析。结合神经网络的自学能力和小波分析的快速衰减、非线性逼近特性,以及遗传算法宏观搜索和全局优化的特点,遗传小波神经网络可在综合考虑多个影响因素的情况下,反映各因素相互之间隐含的非线性特性。基于2种加载频率下光滑漏斗形圆棒试样的疲劳短裂纹复型试验及其在"有效短裂纹准则"体系下的复型膜观察结果,计算试样有效短裂纹密度和主导有效短裂纹扩展率,并运用遗传小波神经网络对其分别进行仿真模拟比较。仿真结果表明,遗传小波神经网络应用于疲劳短裂纹演化行为研究具有合理性和有效性。     

增材制造技术发展和在先进轨道交通装备中的应用展望

从增材制造技术的应用现状出发，概述了几种增材制造技术的特点和应用范围；介绍了典型的金属增材制造最新研究进展；考虑现有增材制件存在的固有缺陷、残余应力和裂纹等问题，总结了能有效改善成形增材制件质量的后处理工序；梳理了增材制件疲劳性能的影响因素，重点阐述了缺陷与增材制件疲劳损伤的关联性；探讨了增材制造技术广泛应用所涉及的关键技术；系统总结了金属增材制造技术在国内外轨道交通装备领域的应用现状。研究结果表明:由于热源和工艺参数不同，增材制造技术制备材料的组织特性和力学性能存在差异；增材制造的钛合金、铝合金以及其他前沿金属材料在轨道交通装备领域具有较好的应用前景；合理的后处理工艺可以有效控制缺陷的形成，消除残余应力，减少微裂纹；缺陷作为制约增材制造技术在制造行业应用的关键因素，研究其分布规律和探究其与疲劳性能的关系，对增材制件的疲劳性能评估有重要作用；从材料规范、成形精度、质量控制、生产效率、生产链以及无损检测技术等方面，综合增强增材制造关键技术自主创新性研发，有助于提升中国制造行业在国际上的竞争力；增材制造技术受到轨道交通行业的重视，并开始应用这种新型技术成形了金属结构件，但该技术的成熟应用仍面临许多问题，需要国内外学者进一步开展深入研究。