对于充分的阴极保护,疲劳裂纹起始阻力略优于在空气中,而疲劳裂纹扩展速率与在空气中大致相同。过度阴极保护略微降低了疲劳裂纹起始阻力,但并未使其低于空气中的水平。应力集中系数为 2.0、3.5 和 5.0 的缺口试样的疲劳阻力随应力集中系数的增加而降低。过度阴极保护通过在裂纹内产生钙质氧化皮沉积物来降低疲劳裂纹扩展速率,从而降低了应力强度因子的有效范围。如果将当前的疲劳起始和裂纹扩展数据与其他关于 ASTM A710 钢在海水中的腐蚀疲劳研究的已发表数据进行比较,则当前结果与那些数据高度一致。
摘要 裂纹的存在会导致结构钢在临界屈服强度以下失效。本文的主要目的是简化和整合应力集中、断裂应力、应力强度因子、裂纹尖端张开位移和 J 积分参数的数学推导,从第一原理开始,并应用于疲劳。本文解释了从理论概念中断裂力学参数的数学推导,包括使用基于应变的方法预测疲劳寿命的替代方法。只有当缺口半径远大于零时,缺口周围的应力集中才会发生,当裂纹尖端半径等于零时,尖锐裂纹处的应力场会显示奇异性。此外,钝化裂纹尖端违反了应力奇异性,而裂纹尖端张开位移和 J 积分参数显示了裂纹延伸超过零裂纹尖端半径的解,因此用于表征具有钝化裂纹尖端的材料应力场。本文强调了使用 J 积分和裂纹尖端张开位移参数而不是应力强度因子来表征疲劳裂纹扩展的好处。本文将主要使核能、航空、石油和天然气行业的工程师和专家受益。
本工作采用了一种创新技术——电弧增材制造 (WAAM),这是一种定向能量沉积技术,用于裂纹钢部件的疲劳强化。在高周疲劳载荷条件下测试了不同的带有中心裂纹的钢板,包括参考板、用 WAAM 修复的具有沉积轮廓的钢板以及用 WAAM 修复并随后进行加工以降低应力集中系数的钢板。进行了相应的有限元模拟,以更好地理解 WAAM 修复的机理。参考板上现有的中心裂纹在 94 万次循环后扩展并导致断裂,而两块 WAAM 修复板中的中心裂纹并未扩展,这是由于净横截面积增加以及沉积过程引起的压应力。然而,在第二块钢板中,由于局部应力集中,在 WAAM 轮廓根部出现了新的裂纹,疲劳寿命达到了 220 万次循环(是参考板的 2.3 倍)。另一方面,第三块钢板由于加工轮廓光滑,经受了 900 多万次疲劳循环,没有出现明显的退化。这项研究的结果表明,WAAM 修复技术在解决钢结构疲劳损伤方面具有巨大潜力。
总之,对电动滑板车底盘设计和分析的研究突出了几个关键的改进领域,以优化性能、效率和耐用性。通过 SolidWorks 建模和 Ansys 分析,我们确定了关键挑战:重量过重、应力集中、耐久性、操控性和乘坐质量材料选择、缺乏优化解决这些领域对于未来设计开发更高效、耐用和用户友好的电动滑板车底盘至关重要。利用轻质、高强度的材料、优化几何形状和采用先进的模拟工具可以大大提高滑板车的行驶里程、操控性和使用寿命。
本文研究了船用钢在极高载荷率下的抗断裂性能。这些载荷条件主要被视为非常短的载荷时间,从而导致在结构中可能存在的焊缝缺陷、几何应力集中或裂纹的尖端处具有高载荷率。尽管研究的重点是材料在这些极高载荷条件下的响应,但是不可能将原始设计(设计细节和/或标准)和制造方法的影响与这些考虑因素分开。特别是,船舶设计和船内的载荷分布将对应力的重新分布产生主导影响,因此,也会对裂纹开始不稳定扩展时的阻止能力产生主导影响。
J � � 平面应变 J 积分断裂韧性,MPa m K 应力强度因子(模式 I),MPa m ��� K � 临界断裂韧性,MPa m ��� K � 弹性应力强度因子,MPa m ��� K � 弹性或弹性 — 塑性应力强度因子,MPa m ��� K � � 平面应变断裂韧性,MPa m ��� K � 基于 J 积分的等效 K,MPa m ��� K ��� 最大应力强度因子,MPa m ��� K ��� 最小应力强度因子,MPa m ��� K � 裂纹尖端张开应力强度因子,MPa m ��� K � 弹性 — 塑性应力强度因子,MPam ��� K � 弹性应力集中因子 K � 弹性 — 塑性应力集中因子 K � 弹性 — 塑性应变集中因子 N 载荷循环次数 N � 失效前的载荷循环次数 P �� 裂纹尖端张开载荷,N P ��� 最大施加载荷,N r 孔或缺口尖端半径,mm R 应力比 ( S ��� / S ��� ) S 施加应力,MPa S �� 裂纹尖端张开应力,MPa S ��� 最大施加应力,MPa S ��� 最小施加应力,MPa S �� TWIST 中的平均飞行应力,MPa S � � 一克飞行应力,MPa t � 沿 � 轮廓的牵引力,MPa ¹ � 裂纹扩展速率数据的转变 (i " 1 至 4) ¹ * 裂纹尖端周围的轮廓积分,MPa m u � 沿 � 轮廓的位移,mm » 裂纹尖端区域周围的材料体积,mm �
此前,飞机机身结构定义几何形状中连接机翼机身和垂直尾翼机身的凸耳已提交有限元分析 [2-3]。由于快速加速和复杂运动,机翼表面将承受严重载荷 [4]。由于最大弯矩,机翼根部将经历最高的应力集中 [5]。支架用于将机翼连接到机身框架。机翼的弯矩和剪应力通过这些附件传递到机身 [6]。此外,疲劳是指结构部件强度在运行过程中持续下降,在极低的极限应力水平下就会发生故障。这是由于重复载荷作用时间较长。基于静态结构分析,利用应力寿命技术和 Goodman 标准进行的疲劳寿命计算预测几何形状是安全的 [7]。因此,机翼机身凸耳连接结构采用有限元分析和疲劳寿命计算方法进行设计。