裂紋

位錯(cuò)法研究多條微裂紋對(duì)偏折主裂紋的影響王強(qiáng)勝1，張啟洞2，蔣哲亮3，李樂毅1，江曉禹4*（1.四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 德陽 618000；2.中國(guó)兵器工業(yè)試驗(yàn)測(cè)試研究院，陜西 華陰 714200；3.聯(lián)合微電子中心有限責(zé)任公司，重慶 401332；4.西南交通大學(xué) 力學(xué)與航空航天學(xué)院，成都 610031）采用理論方法求解多條微裂紋對(duì)偏折主裂紋的影響，重點(diǎn)分析偏折主裂紋尖端的力學(xué)行為及微裂紋對(duì)主裂紋擴(kuò)展角度和閉合區(qū)域的影響等問題，為實(shí)際的工程應(yīng)用提供理論

荷的作用下,疲勞裂紋易從腐蝕坑處萌生并擴(kuò)展,因此,腐蝕的存在會(huì)嚴(yán)重影響飛機(jī)鋁合金結(jié)構(gòu)的完整性,造成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低及剩余壽命縮短,從而威脅飛行安全。含腐蝕損傷的金屬材料的疲勞損傷過程可分為四個(gè)階段:表面薄膜破裂、腐蝕坑擴(kuò)展、腐蝕坑-裂紋過渡和裂紋擴(kuò)展[1]。目前,通過疲勞損傷位置的裂紋擴(kuò)展情況對(duì)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行剩余壽命分析是腐蝕材料疲勞研究的焦點(diǎn)問題之一[2-9]。當(dāng)前,國(guó)內(nèi)外已開展了大量含腐蝕損傷材料的疲勞試驗(yàn),得到了各種材料在不同腐蝕環(huán)境中的裂紋擴(kuò)展退化規(guī)律,形

，由于鋼材中存在裂紋，并且，當(dāng)裂紋發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展時(shí)，將極大地降低結(jié)構(gòu)的極限承載能力[2-4]，從而造成大量的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。已有研究者對(duì)特定角度的含裂紋損傷鋼構(gòu)件進(jìn)行了試驗(yàn)研究[5]。然而，在實(shí)際工程中，由于裂紋出現(xiàn)的角度是隨機(jī)的，因此針對(duì)不同角度的含裂紋損傷鋼構(gòu)件進(jìn)行拉伸試驗(yàn)是非常有必要的。通過大量事故分析，鋼材由于其內(nèi)部存在裂紋損傷，甚至可能導(dǎo)致發(fā)生脆性斷裂現(xiàn)象。斷裂力學(xué)可以很好地解釋含裂紋損傷鋼構(gòu)件發(fā)生脆性斷裂的力學(xué)原理[6]，但是沒有通過具體的試

的載荷作用導(dǎo)致了裂紋萌生及擴(kuò)展，最后使得齒輪斷裂，這會(huì)使風(fēng)機(jī)產(chǎn)生嚴(yán)重的故障。因此，對(duì)其裂紋特性的研究和壽命的計(jì)算分析很有必要。目前，研究裂紋擴(kuò)展及壽命分析的學(xué)者很多。李有堂等探究了考慮閉合效應(yīng)與不考慮閉合效應(yīng)情況下疲勞裂紋擴(kuò)展壽命的區(qū)別。李秀紅等通過有限元軟件計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比確定最優(yōu)裂紋萌生損傷模型，探究載荷及表面粗糙度對(duì)裂紋萌生壽命的影響。劉啟坤利用修正后的有限元模型探究裂紋成核位置及成核位置對(duì)齒根裂紋擴(kuò)展路徑的影響規(guī)律。朱林等人考慮了殘余應(yīng)力影響下的

間的載荷作用導(dǎo)致裂紋萌生及擴(kuò)展，最后使其齒輪斷裂，這會(huì)使風(fēng)機(jī)產(chǎn)生嚴(yán)重的故障。因此，對(duì)其裂紋特性進(jìn)行研究和對(duì)壽命計(jì)算進(jìn)行分析很有必要。目前，很多學(xué)者對(duì)其裂紋擴(kuò)展及壽命進(jìn)行了分析。李有堂等探究了考慮閉合效應(yīng)與不考慮其閉合效應(yīng)情況下疲勞裂紋擴(kuò)展壽命的區(qū)別。李秀紅等通過有限元軟件計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比來確定最優(yōu)裂紋萌生損傷模型，探究載荷及表面粗糙度對(duì)裂紋萌生壽命的影響。CAI等探討了初始裂紋在不同幾何參數(shù)下的齒根裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子的變化規(guī)律。朱林等人考慮了殘余應(yīng)力影

因是構(gòu)件危險(xiǎn)部位裂紋的萌生及擴(kuò)展，目前機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞裂紋剩余擴(kuò)展壽命計(jì)算都是基于Paris公式，計(jì)算出裂紋尖端的應(yīng)力分布情況和應(yīng)力強(qiáng)度因子（stress intensity factor，SIF）大小，結(jié)合相應(yīng)工程判據(jù)計(jì)算出裂紋尖端扭轉(zhuǎn)角度和材料斷裂韌性來確定裂紋擴(kuò)展速率及其擴(kuò)展壽命［1］。利用裂紋尖端應(yīng)力計(jì)算SIF需要裂紋尖端具有非常細(xì)密的網(wǎng)格，而常用的有限元分析軟件如ANSYS、Abaqus和Nastran等難以對(duì)局部網(wǎng)格進(jìn)行理想的細(xì)化。FRANC3D是

接觸疲勞及引起的裂紋影響鋼軌使用壽命。存在裂紋的鋼軌不可避免受到液體侵?jǐn)_，如為減緩小半徑曲線鋼軌側(cè)磨而采取的潤(rùn)滑措施［1］、大氣降水中的雨雪等。這些液體類介質(zhì)進(jìn)入裂紋中，在車輪荷載反復(fù)作用下，形成“油楔效應(yīng)”，加劇裂紋的擴(kuò)展［2-4］。因此，液體對(duì)鋼軌表面滾動(dòng)接觸疲勞裂紋的影響不可忽視。研究液體對(duì)裂紋的影響情況和特征是預(yù)測(cè)裂紋擴(kuò)展的重要內(nèi)容。已有研究較多關(guān)注移動(dòng)車輪荷載作用下的裂紋內(nèi)的液體對(duì)裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子和裂紋擴(kuò)展速率的影響。如計(jì)算裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因

往往出現(xiàn)不同程度裂紋，影響身管壽命及發(fā)射安全性。周敏華[1]對(duì)火炮身管裂紋擴(kuò)展規(guī)律進(jìn)行研究,建立三維積分有限元模型，并與自緊身管進(jìn)行對(duì)比,找出了自緊技術(shù)在提高身管抗斷裂能力方面所起的作用。曾志銀等[2]對(duì)某機(jī)械自緊身管殘余應(yīng)力及射擊載荷受力分析，理論估計(jì)了身管內(nèi)表面存在初始裂紋時(shí)的身管疲勞壽命。李鵬輝[3]建立含裂紋身管的三維有限元模型，研究靜載內(nèi)壓作用下自緊殘余應(yīng)力對(duì)不同尺寸裂紋的影響。武鋒[4]以大口徑火炮身管為研究對(duì)象，研究了靜載作用下厚壁圓筒應(yīng)力強(qiáng)

真實(shí)材料中，宏觀裂紋尖端附近往往存在大量的微裂紋，它們不僅會(huì)在材料服役過程中產(chǎn)生，還可能在材料的制備過程中產(chǎn)生.圖1 展示了U71Mn 鋼在三點(diǎn)彎曲的恒定振幅疲勞載荷作用下的掃描電子顯微鏡下的觀察結(jié)果[1]，即在宏觀裂紋前方觀察到一簇任意分布的微裂紋，微裂紋用紅色箭頭標(biāo)注，微裂紋與主裂紋即將交匯處用紅色圓圈標(biāo)注.其中，試樣為矩形板（120 mm × 15 mm × 1 mm），含有邊緣裂紋.邊緣裂紋位于試樣中部，初始長(zhǎng)度為2.846 mm.加載頻率為1 H

出現(xiàn)半橢圓形微小裂紋[2]。這些微小裂紋可能對(duì)宏觀裂紋的擴(kuò)展產(chǎn)生重大影響，甚至威脅患者的生命[3]，因此，對(duì)熱解炭涂層表面微裂紋擴(kuò)展的研究至關(guān)重要。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)熱解炭涂層斷裂性能研究方面的報(bào)道較少，國(guó)外相關(guān)研究人員對(duì)熱解炭涂層材料裂紋擴(kuò)展進(jìn)行了較多的研究，如Ritchie等[4]使用電伺服液壓測(cè)試系統(tǒng)對(duì)熱解炭包覆石墨復(fù)合材料進(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，研究人工心瓣的斷裂韌性與疲勞裂紋擴(kuò)展速率；Ryder等[5]運(yùn)用損傷容限設(shè)計(jì)方法對(duì)人工心臟瓣膜組件進(jìn)行疲勞壽命預(yù)

材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋、裂縫等微動(dòng)疲勞現(xiàn)象[1]。裂紋、裂縫的產(chǎn)生會(huì)隨時(shí)間與外載荷作用下在材料中繼續(xù)擴(kuò)展，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生斷裂失效以致急速降低結(jié)構(gòu)使用壽命[2-4]。微動(dòng)疲勞現(xiàn)象通常發(fā)生在微、納米量級(jí)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和交變載荷同時(shí)作用下的兩個(gè)緊密接觸物體之間[5]。文獻(xiàn)[6-8]認(rèn)為在一定條件下，結(jié)構(gòu)脆性斷裂問題中材料本身所具有微裂紋、裂縫等微動(dòng)疲勞缺陷會(huì)誘導(dǎo)裂紋的萌生、擴(kuò)展，降低工件的疲勞壽命，造成工件的斷裂破壞。構(gòu)件本身所固有的組織缺陷或加工所造成的損傷會(huì)產(chǎn)生

耐腐蝕性能和腐蝕裂紋擴(kuò)展行為，對(duì)其裂紋機(jī)理和規(guī)律進(jìn)行分析，對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用具有重要價(jià)值。在分析前期研究的基礎(chǔ)上，以AZ31鎂合金為研究對(duì)象，采用高速列車成熟的攪拌摩擦焊接工藝，得到成形良好的接頭。分別在空氣環(huán)境和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的NaCl的溶液中進(jìn)行腐蝕疲勞試驗(yàn)，對(duì)比分析接頭各區(qū)域的腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展行為，探究其腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展機(jī)理。1 試驗(yàn)方法試驗(yàn)所用材料為商用AZ31鎂合金軋制板材，尺寸為300 mm×150 mm×8 mm，長(zhǎng)度方向?yàn)檐堉品较?。沿軋制方向?/div>

焊接 2021年5期2021-07-30

下鋼軌表面的疲勞裂紋較多，磨損量也較大。鋼軌表面的細(xì)小裂紋可以通過磨耗去掉，不影響正常使用。按照現(xiàn)行鐵路養(yǎng)護(hù)規(guī)定，對(duì)于深度大于3 mm 的裂紋，必須進(jìn)行打磨處理；對(duì)于磨耗超限又有深裂紋的鋼軌進(jìn)行下道報(bào)廢處理。激光淬火是提高鋼軌耐磨性的有效方法，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了深入研究[1-2]，目前比較好的方法是通過激光淬火在鋼軌表面形成硬化點(diǎn)陣，這樣可以在保證鋼軌韌性的基礎(chǔ)上提高其耐磨性。激光處理的硬化層深度通常為0.8～1 mm。實(shí)際應(yīng)用中，硬化斑內(nèi)會(huì)出現(xiàn)細(xì)小的疲勞裂

部形成各種類型的裂紋缺陷.隨著交變載荷的作用，裂紋逐漸擴(kuò)展，當(dāng)達(dá)到其臨界尺寸時(shí)發(fā)生疲勞斷裂，由此導(dǎo)致嚴(yán)重的事故，造成重大的財(cái)產(chǎn)損失.在各種類型的裂紋中，埋藏裂紋是金屬壓力容器裂紋缺陷失效破壞的常見形式之一，由于具有隱秘性和不確定性，相對(duì)于其他類型的缺陷而言，其危害程度更大.盡管埋藏裂紋能夠通過探傷技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，但由于設(shè)備靈敏度和精度等原因，往往無法精確檢測(cè)到壓力容器埋藏裂紋在使用過程中的演變過程，使得壓力容器埋藏裂紋難以獲得準(zhǔn)確的安全程度評(píng)估值. 因此建立

不可避免地會(huì)出現(xiàn)裂紋,導(dǎo)致其力學(xué)性能發(fā)生變化、承載能力降低和使用壽命縮短.在動(dòng)力荷載作用下,裂紋梁呈現(xiàn)復(fù)雜的力學(xué)行為,且分析較為困難和繁瑣,因此研究裂紋梁的動(dòng)力特性及其動(dòng)力響應(yīng)的簡(jiǎn)化計(jì)算方法具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值[1-3].梁裂紋的宏觀模型主要包括開裂紋模型[2,4-6]和呼吸裂紋模型[7-9].為了簡(jiǎn)化分析和計(jì)算,在對(duì)裂紋梁進(jìn)行動(dòng)靜力分析時(shí),通常采用開裂紋模型,即假定裂紋始終處于張開狀態(tài),其數(shù)學(xué)處理較為簡(jiǎn)單.然而,這一模型忽略了裂紋開閉狀態(tài)引起的非

。 這種表面疲勞裂紋在輪軌荷載和線路條件綜合影響下萌生早、擴(kuò)展快，導(dǎo)致鋼軌疲勞壽命縮短[1]。 因此，準(zhǔn)確描述鋼軌滾動(dòng)接觸疲勞裂紋擴(kuò)展特性對(duì)于預(yù)測(cè)裂紋擴(kuò)展規(guī)律、指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)維修非常必要和迫切?，F(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)輪軌荷載沿鋼軌縱向的連續(xù)作用，鋼軌表面疲勞裂紋以多裂紋的形式存在[2]。鄭欣平等[3]、黃明利等[4]和潘鵬志等[5]在研究巖石中裂紋擴(kuò)展時(shí)發(fā)現(xiàn)多裂紋間有相互作用。 同理，鋼軌表面的多條裂紋也會(huì)在輪軌荷載下相互影響，需要確定其相互影響的特征。 在這方面，Dub

——梁常常會(huì)出現(xiàn)裂紋,導(dǎo)致其承載力降低,使用壽命縮短.因此,研究裂紋梁的動(dòng)靜力學(xué)性能[1-5]及其裂紋的損傷識(shí)別對(duì)保證梁構(gòu)件的正常服役具有重要的理論意義和應(yīng)用背景[6-8].研究裂紋梁靜力變形和動(dòng)力響應(yīng)的一個(gè)經(jīng)典方法是將裂紋等效為扭轉(zhuǎn)彈簧,并以裂紋為界,將裂紋梁分為若干子梁段,各子梁段利用裂紋的等效扭轉(zhuǎn)彈簧連接,得到裂紋梁的等效分析模型.在此基礎(chǔ)上,每個(gè)子梁段利用梁模型進(jìn)行求解,然后利用梁的邊界條件以及裂紋處等效扭轉(zhuǎn)彈簧的連續(xù)性條件確定待定系數(shù),從而得到裂

ease.對(duì)工件裂紋形貌檢查，選取開裂處切取一個(gè)單齒，暴露裂紋面，裂紋面宏觀檢驗(yàn)，裂紋面形貌一致，呈現(xiàn)應(yīng)力型裂紋形貌，如圖3所示。Research objectivesExplore any association of SNP rs17337023 with the development of gestational hypertension in pregnant females with gestational diabetes.Research

參數(shù)之一，研究多裂紋試件在單軸拉伸下的裂紋擴(kuò)展規(guī)律對(duì)認(rèn)識(shí)巖體特性十分重要。針對(duì)拉伸應(yīng)力條件下含裂紋(缺陷)構(gòu)件裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)或數(shù)值模擬大多集中于對(duì)穿透型裂紋(二維)的研究，對(duì)三維情況(表面裂紋，內(nèi)裂紋)的研究相對(duì)較少。汪微微[5]對(duì)平行偏置裂紋相互作用及其合并條件進(jìn)行了理論性研究；Horri[6]推導(dǎo)了平行雙裂紋在軸拉情況下的應(yīng)力強(qiáng)度因子公式，研究了平行雙裂紋在拉伸荷載下的裂紋相互貫通機(jī)制；Dalbe、Fender[7- 8]對(duì)雙平行裂紋在不同豎直與水平間距

不可避免地會(huì)產(chǎn)生裂紋缺陷，這些缺陷有時(shí)是以多裂紋的形式存在的[1]。GB/T 19624—2004《在用含缺陷壓力容器安全評(píng)定》在一定條件下采用包絡(luò)合并準(zhǔn)則將相鄰裂紋合并成一個(gè)裂紋再進(jìn)行安全評(píng)定，而相關(guān)研究[2]認(rèn)為包絡(luò)合并準(zhǔn)則不能準(zhǔn)確反映裂紋間的干涉影響，從而使得評(píng)定結(jié)果偏于保守。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)管道裂紋已開展了一定研究。Kumar等[3]以管道周向裂紋為研究對(duì)象，開展管道裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子（K）的研究；Jacquemin等[4]針對(duì)管道焊縫錯(cuò)位裂紋

土及水利工程中的裂紋擴(kuò)展演化規(guī)律一直是學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)，同時(shí)也是難點(diǎn)問題。對(duì)于工程中的巖體來說，抗拉強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度[7]，含裂紋的巖體在受拉情況下更容易導(dǎo)致災(zāi)難性的后果，因此研究裂紋在拉應(yīng)力下的裂紋擴(kuò)展演化規(guī)律顯得很有必要，針對(duì)于此，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者進(jìn)行了大量的室內(nèi)試驗(yàn)與數(shù)值模擬研究。試驗(yàn)方面：喻勇等[8]對(duì)彈性模量以及泊松比對(duì)巴西圓盤抗拉強(qiáng)度的影響進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)的分析；于慶磊等[9]對(duì)含中心穿透型裂紋的巴西圓盤進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)，研究了不同角度預(yù)制裂紋

物碰撞等因素導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生，雙裂紋與懸跨因素的并存，加大了海底管道失效的概率。因此，有必要對(duì)不同管土接觸邊界下的懸跨管道表面雙裂紋的相互影響情況進(jìn)行深入研究。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)含裂紋缺陷的油氣管道進(jìn)行了許多研究，而對(duì)海底管道雙裂紋的研究相對(duì)較少[1-11]。Soboyejo 等[6]用彈性應(yīng)變能法和位移外推法求解了多裂紋在純彎矩作用下的應(yīng)力強(qiáng)度因子，并進(jìn)行了多裂紋疲勞實(shí)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上去預(yù)測(cè)多裂紋擴(kuò)展機(jī)理；何雪等[8]考慮了軸向裂紋間夾角和裂紋長(zhǎng)度對(duì)管道軸向雙裂紋

言對(duì)于加筋板的裂紋擴(kuò)展及斷裂性能方面的研究，許多的學(xué)者取得了較為顯著的成果.黃海燕等[1]通過對(duì)含中心裂紋的加筋板的應(yīng)力強(qiáng)度因子進(jìn)行了分析，比較了節(jié)點(diǎn)位移解析解和有限單元法的計(jì)算表達(dá)式的結(jié)果，提出了一種評(píng)估加筋板裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算精度的參數(shù)，并證明此參數(shù)具有實(shí)際工程意義.Wang等[2]考慮了裂紋閉合的概念，提出了一種改進(jìn)的加筋板裂紋擴(kuò)展率模型，并與實(shí)驗(yàn)中的加筋板裂紋擴(kuò)展壽命進(jìn)行了對(duì)比分析，證實(shí)了該擴(kuò)展模型的有效性.何文濤[3]基于虛擬裂紋閉合技術(shù)

巖內(nèi)難免會(huì)出現(xiàn)微裂紋或節(jié)理面等缺陷，這些靜裂紋對(duì)爆炸產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)裂紋的擴(kuò)展行為存在一定影響，研究動(dòng)裂紋與靜裂紋相互作用關(guān)系對(duì)爆破工程具有重要的實(shí)踐意義。Rossmanith等[1]結(jié)合動(dòng)焦散與動(dòng)光彈實(shí)驗(yàn)研究了應(yīng)力波與裂紋相互作用機(jī)理。Li等[2]采用Eshelby等效夾雜理論分析了Ⅰ型裂紋與圓形夾雜體間的相互作用關(guān)系。Mishuris等[3]采用數(shù)值模擬方法研究了剪切作用下裂紋與缺陷介質(zhì)的作用機(jī)制。李清等[4-5]研究了爆炸載荷作用下多條裂紋相互作用的動(dòng)態(tài)擴(kuò)

3）輥面出現(xiàn)疲勞裂紋后未及時(shí)處理，支承輥帶著裂紋缺陷長(zhǎng)時(shí)間使用，導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展形成分層，是導(dǎo)致最終出現(xiàn)剝落掉塊的原因，支承輥失效形式屬典型的疲勞剝落失效。Certainly it is known that the graft bed and the recipient exert a major influence on the degree of contraction.Grafting ontomoremobiletissues results inm

083)車輪輪輞裂紋，如車輪輞裂、踏面剝離等為常見的車輪損傷失效形式，其中車輪輞裂帶來的后果更為嚴(yán)重[1]。有關(guān)車輪輞裂的失效分析表明[2]，車輪輞裂一般起源于車輪踏面下10～20 mm處，在接觸疲勞載荷作用下沿輪輞周向擴(kuò)展，且在輞裂裂紋疲勞裂紋源處往往存在尺寸較大的夾雜物。裂紋在擴(kuò)展出輪輞表面前很難被發(fā)現(xiàn)，如果在裂紋未被發(fā)現(xiàn)之前輪輞發(fā)生剝離，高速行駛的列車會(huì)發(fā)生嚴(yán)重事故，因此，車輪輞裂紋的研究受到廣泛關(guān)注。Liu等[3]研究表明，車輪踏面下10～20 m

610031)微裂紋區(qū)對(duì)主裂紋擴(kuò)展的影響茍凱(西南交通大學(xué)力學(xué)與工程學(xué)院, 成都610031)基于Gong推導(dǎo)的主裂紋與微裂紋的理論解，分析了微裂紋區(qū)對(duì)主裂紋的影響。通過最大周向應(yīng)力判據(jù)，定性和定量地分析了微裂紋區(qū)對(duì)主裂紋擴(kuò)展方向的影響。通過計(jì)算主裂紋的等效應(yīng)力強(qiáng)度因子，定性地分析了微裂紋區(qū)對(duì)主裂紋擴(kuò)展速率的影響。結(jié)果表明：當(dāng)微裂紋區(qū)位于-75°主裂紋；微裂紋；最大周向應(yīng)力判據(jù)；擴(kuò)展速率；擴(kuò)展方向引言上世紀(jì)以來，人們發(fā)現(xiàn)了疲勞和斷裂是材料失效的主要原因。因

016)?含多條裂紋梁的模態(tài)與振動(dòng)疲勞壽命分析*馬一江， 陳國(guó)平(南京航空航天大學(xué)機(jī)械結(jié)構(gòu)力學(xué)及控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南京, 210016)基于Paris公式，提出了一種含多條裂紋梁疲勞壽命預(yù)估的方法。在模態(tài)分析中，基于傳遞矩陣方法，利用無質(zhì)量的彎曲彈簧等效裂紋，提出一種求解含有多條裂紋梁固有振型的方法,分析裂紋數(shù)目、裂紋位置、裂紋深度對(duì)裂紋梁固有頻率的影響。在振動(dòng)疲勞分析中，研究了在簡(jiǎn)諧激勵(lì)作用下裂紋數(shù)目對(duì)裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響。通過Paris疲勞裂紋

3）不同傾角預(yù)制裂紋缺陷與運(yùn)動(dòng)裂紋的相互作用＊岳中文，宋 耀，王 煦，李明洋，李明林（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京100083）為了研究運(yùn)動(dòng)裂紋與不同傾角預(yù)制裂紋缺陷之間的作用機(jī)制，采用數(shù)字激光動(dòng)態(tài)焦散線方法對(duì)含不同傾角預(yù)制裂紋缺陷的三點(diǎn)彎曲梁進(jìn)行沖擊實(shí)驗(yàn)。研究結(jié)果表明，在沖擊載荷作用下，預(yù)制裂紋缺陷尖端均產(chǎn)生了次生裂紋；當(dāng)運(yùn)動(dòng)主裂紋與預(yù)制裂紋缺陷貫通時(shí)，次生裂紋不會(huì)立即起裂，而是經(jīng)過0～10μs的能量積蓄后，次生裂紋才起裂；運(yùn)動(dòng)主裂紋應(yīng)力

大量失效制動(dòng)盤的裂紋發(fā)現(xiàn)，制動(dòng)盤表面存在多條裂紋，且錯(cuò)綜復(fù)雜，見圖1。通常裂紋間的相互作用影響裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)分布和裂紋擴(kuò)展規(guī)律，但目前對(duì)制動(dòng)盤裂紋的研究多以單條裂紋為主[1-3]，對(duì)多裂紋的擴(kuò)展規(guī)律研究較少。因此，開展高速列車鍛鋼制動(dòng)盤多裂紋間的作用機(jī)制研究具有實(shí)際的工程意義和學(xué)術(shù)價(jià)值。針對(duì)多裂紋間相互作用問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用數(shù)值模擬和試驗(yàn)等方法進(jìn)行了相關(guān)研究。Nicolas Malesys等[4]提出了熱疲勞載荷下裂紋網(wǎng)形成和擴(kuò)展的概率模型，為裂紋網(wǎng)屏

的過程看作是疲勞裂紋擴(kuò)展的過程。當(dāng)這些長(zhǎng)大或合并的缺陷尺寸大于某一臨界尺寸后，就會(huì)導(dǎo)致裂紋的快速擴(kuò)展，導(dǎo)致壓力容器失效并報(bào)廢。對(duì)于安全服役的壓力容器來說，原始缺陷長(zhǎng)大到臨界裂紋尺寸的時(shí)間的確定至關(guān)重要，因此本文重點(diǎn)研究了壓力容器在不同服役周期內(nèi)的初始缺陷或裂紋的臨界尺寸。1 材料性能及試驗(yàn)1.1 材料的組織及機(jī)械性能試驗(yàn)材料為壓力容器用鋼，其化學(xué)成分見表1，機(jī)械性能見表2。其調(diào)質(zhì)處理后的組織如圖1所示，主要為回火索氏體。1.2 應(yīng)力腐蝕臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子KI

應(yīng)力腐蝕往往通過裂紋的形成和擴(kuò)展來表征［10］。裂紋往往沿加載方向中心線宏觀的路徑進(jìn)行擴(kuò)展，但也受到很多因素的影響。Mohammad［11］采用疲勞方法研究了管線鋼的應(yīng)力腐蝕行為，結(jié)果表明在近中性環(huán)境中，氫對(duì)材料的應(yīng)力腐蝕擴(kuò)展具有十分重要的影響。Zheng等［12］的研究表明因?yàn)槎?span id="j5i0abt0b" class="hl">裂紋的存在，導(dǎo)致貝氏體鋼的應(yīng)力集中以及氫脆敏感性的降低。同時(shí)，應(yīng)力腐蝕敏感性也受到很多其他因素的影響，包括微觀組織結(jié)構(gòu)［13］、裂紋尖端狀態(tài)［14］、溶液p H 值［15］以及

而導(dǎo)致的鋼軌表面裂紋已成為日益發(fā)展的高速鐵路在安全方面的主要問題.實(shí)際上，由于輪軌接觸而導(dǎo)致的鋼軌裂紋是大量同時(shí)存在的，特別是鋼軌表面斜裂紋，更是導(dǎo)致鋼軌失效的主要缺陷形式之一.在對(duì)鋼軌的巡視檢查中發(fā)現(xiàn)，鋼軌表面分布的斜裂紋多在鋼軌踏面或是在轉(zhuǎn)彎半徑為400～2 000 m的鋼軌外側(cè)大量出現(xiàn)，并且可以在大范圍內(nèi)擴(kuò)展.這種斜裂紋的間距大約為2～7 mm，沿與鋼軌水平方向成15°～40°向鋼軌深度方向擴(kuò)展.[1-4]除這種特定形式的多裂紋缺陷以外，其他形式的疲

以上的缺陷而產(chǎn)生裂紋幾乎是不可避免的.作用于機(jī)械構(gòu)件上的載荷未必就一定是與裂紋相垂直(裂紋的開口方向)，而是與裂紋形成一定的角度，包含了裂紋的開口方向(Ⅰ型)和裂紋的滑移方向(Ⅱ型)的混合型條件下的情況比較多［1－2］.到目前為止，對(duì)于單純的Ⅰ型裂紋，使用有效應(yīng)力擴(kuò)大系數(shù)Keff對(duì)裂紋的變形的特性的評(píng)價(jià)已經(jīng)有很多的相關(guān)報(bào)道［3－5］.但是在混合型條件下，由于裂紋在變形過程中裂紋的上下表面要產(chǎn)生滑移，此時(shí)如果裂紋的表面呈鋸齒狀，則在裂紋開口較小時(shí)裂紋上下表面