某钢厂输送液压油API级无缝钢管在一个月中发生了两次失效,第一次失效出现了4.7 m长的纵向裂缝,第二次失效时管道出现了少量泄漏。管道输送液压油的压力为3~14 MPa,环境温度为25~40℃,该无缝管的失效可能是高应变率或氢致开裂(HIC)等因素导致的管体开裂。采用化学分析、拉伸试验、硬度测试、宏观观察、光学和电子显微镜以及能谱分析(EDS)等方法对其失效原因及其机理进行分析。结果表明,管道中输送液压油分解产生的氢与管材内部中的硫化物夹杂相结合,导致管体因氢致开裂而失效。

由于制造缺陷、疲劳及腐蚀等原因,缓冲液压缸在服役过程中内壁会产生轴向裂纹,严重影响液压缸的结构强度、缓冲性能和使用寿命。通过AMESim液压仿真平台建立缓冲系统模型来模拟实际工况,将缓冲油压作为有限元分析的初始载荷,建立缓冲缸有限元模型和裂纹扩展模型,研究不同初始裂纹形状、裂纹位置对疲劳寿命的影响,并分析裂纹前缘动态应力强度因子和裂纹形貌的变化。结果表明无缺陷的油缸完全能承受缓冲压力;裂纹初始长度一定时,随着深长比增大,裂纹前缘应力强度因子会整体增大,裂纹扩展速度加快;不同深长比的初始裂纹经过多次循环载荷后都更倾向于在长度方向快速扩展;缸体内不同位置的裂纹疲劳寿命存在较大差异,在壁厚较小的边角位置,疲劳裂纹扩展寿命最短。

针对焊接机械结构中出现的焊接接头疲劳断裂现象,从裂纹扩展的角度分析结构参数对结构疲劳强度的影响情况,为进行焊接结构的抗疲劳设计提供依据。建立了含表面裂纹T型焊接接头的有限元模型,采用扩展有限元法计算外载荷作用下的裂纹尖端应力强度因子,探寻T型焊接接头的结构参数发生变化时,对相同载荷条件下表面裂纹应力强度因子的影响规律。采用研究结果指导T型焊接接头的设计,提高焊接机械结构的疲劳强度和可靠性,降低断裂事故的发生。

地铁闸机齿轮是闸机的关键零件,预测其产生裂纹后的疲劳寿命对闸机的运行维护具有重要意义。基于扩展有限元法(XFEM),利用ABAQUS软件对地铁闸机齿轮裂纹扩展过程进行了仿真,根据裂纹扩展轨迹求解应力强度因子,采用Paris幂函数式获得裂纹扩展寿命;分析了齿轮不同啮合位置、不同阻力矩和不同裂纹初始位置情况下,应力循环次数与裂纹扩展长度间的关系;采用逐步回归分析法和灰度关联法,获得了地铁闸机齿轮裂纹扩展与剩余寿命预测模型。

柔轮的疲劳开裂是引起谐波减速器精度下降和设备可靠性降低的重要原因。以某型号谐波减速器为研究对象,基于壳体力矩理论建立柔轮等效模型,确定柔轮应力集中的参数;通过有限元仿真,获取柔轮应力最大结点位置,并引入微小角裂纹;通过分析裂尖应力场参量,描述了柔轮裂纹扩展的能力和趋势;基于最大主应力损伤演化准则,通过扩展有限元方法(XFEM)模拟裂纹扩展差异性行为,并搭建加速寿命实验台,验证了扩展有限元模型的正确性。结果表明,裂纹扩展路径与有限元结果吻合;柔轮齿根部及筒体与凸缘交界处应力集中,最易出现疲劳裂纹;裂纹扩展路径受增量步与应力分布影响;应力分布随裂纹扩展程度变化,易引起扩展路径出现偏折现象。

通过疲劳试验机对带有齿根裂纹故障的变位直齿轮进行疲劳试验,得到齿根裂纹扩展规律齿根裂纹相对于齿根方向更易于沿着齿宽方向扩展,扩展速率呈现先慢后快的趋势。采用FRANC3D仿真模拟软件,对设置了相同初始裂纹的变位直齿轮齿根裂纹进行了自动扩展分析研究,确定了裂纹扩展方向及路径。通过对比,模拟结果与试验结果是相吻合的,表明构造的仿真模型得到了疲劳试验的验证,证明了结论的可靠性。通过对齿根裂纹扩展路径及方向的研究,可以为齿轮的设计和制造提供可靠依据。在此基础上,探讨了裂纹扩展寿命的相关问题。

通过对无预裂纹圆柱形缺口试件的常温、高温低周疲劳总寿命试验以及对带有预裂纹圆柱形缺口试件的常温、高温裂纹扩展寿命试验，并利用ＮＨＲＤＳ有限元程序进行了缺口附近轴对称问题的循环应力和应变计算，研究了非均匀分布复杂应力状态下低周期疲劳寿命。结果表明，２．２５Ｃｒ－１Ｍｏ材料复杂应力状态下低周疲劳总寿命和裂纹扩展寿命可采用当量形式的Ｍａｎｓｏｎ－Ｃｏｆｆｉｎ公式进行表征。

许多工程问题是由于流体气压力导致结构开裂，裂纹导速扩展或者止裂，这被认为是断裂动力前沿的研究领域。本文描述了应用于分析流体／结构／断裂，耦合作用问题的计算程序ＰＦＲＡＣ，和它在天然气道裂纹迅速扩展问题上的应用。

在不同参数条件下,针对吊弦用CuMg0.4合金在自主设计的弯曲微动疲劳装置上进行了微动疲劳试验,建立了其疲劳寿命S-N曲线,并结合扫描电镜(SEM)、三维轮廓仪、电子探针(EPMA)等微观分析设备对损伤区域进行了微观分析,探究了吊弦材料的弯曲微动疲劳损伤特性及演变规律.结果显示在接触区处于弹性条件下时,其弯曲微动疲劳S-N曲线呈现倾斜的“Z”型特征,微动疲劳寿命随弯曲应力的增大呈现先减小后增大的趋势,微动依次运行于PSR(部分滑移区)、MFR(混合区)、SR(完全滑移区).接触区主要存在磨粒磨损、氧化磨损、疲劳磨损和黏着磨损四种形式的弯曲微动疲劳损伤;微动疲劳裂纹的萌生和扩展从以接触应力控制为主逐渐转为主要受弯曲疲劳应力控制,整个过程分为三个阶段.

生坯加工是粉末冶金零件制造的一种重要方式,其加工过程中极易产生裂纹和边崩等缺陷.为了获得高完整性的已加工表面,文中研究了粉末冶金生坯边位印压时裂纹的产生和扩展行为.结果表明：当印压载荷达到某一临界值时,裂纹萌生,并沿印压速度方向近似呈直线缓慢扩展,然后转向试件外表面扩展,直至被裂纹包围的块状材料脱落;裂纹微观上呈锯齿形,与印压速度方向存在一小的夹角,锯齿形裂纹未深入到已加工表面;裂纹扩展角随压头楔角的增加而降低,随印压厚度的增加基本不变;裂纹长度随印压厚度的增加而显著增加;当压头楔角小于70°时,裂纹长度随压头楔角的增加而增加,当压头楔角大于70°时,裂纹长度基本保持不变.