本报告介绍了一组用于设计和分析船舶结构细节的疲劳 S-N 曲线。这组疲劳曲线基于对 SSC-318 中提供的疲劳数据的重新分析。介绍了开发疲劳 S-N 曲线的方法。提供了示例来说明 S-N 曲线在厚度小于一英寸的镀层中的应用。提供了所用术语的词汇表。提出了未来研究的建议。
图 4-1。典型转子叶片的坎贝尔图 ...................................................................................... 35 图 A-1。交替应力定义 ...................................................................................................... 60 图 A-2。典型 S-N 曲线 .................................................................................................... 61 图 A-3。线性疲劳曲线 ...................................................................................................... 62 图 A-4。Goodman 图 .................................................................................................................... 63 图 B-1。两种钢材在 70 o F 和 –275 o F 下的疲劳裂纹扩展数据(da/dN vs. ΔK)和曲线拟合 ................................................................................................................................ 67 图 B-2。图 2 循环应力示意图 ...................................................................................... 67 图 B-3。损伤容限疲劳寿命管理示意图 .............................................................. 71
本文介绍了一种计算受正弦随机载荷作用的部件高周疲劳寿命的方法。该计算方法基于频域中的频谱方法。当有限元分析计算时间过长时,这种方法比时域方法具有显著优势。统计雨流循环直方图直接来自正弦随机应力谱。将循环应用于适当的材料疲劳曲线以获得估计寿命。提供了一个案例研究来说明该方法,该方法使用了一个安装在直升机上的部件。与传统时域方法进行了比较,结果显示一致性极佳。本文最后展示了如何扩展此方法以涵盖正弦随机扫频激励的情况。
能够评估结构在受到尖峰态随机激励的情况下的疲劳寿命的主要好处之一是创建加速测试定义。这个想法是将特定的峰度值与给定的功率谱密度 (PSD) 相关联,以减少暴露时间,同时包含与原始稳态和高斯随机测试相同的疲劳损伤潜力。在实践中,工程师将能够模拟某些商用振动控制系统的峰度控制能力对被测设备所经历的疲劳损伤的影响。此过程将使用基于 FE 的疲劳分析工具实现,其中用户指定激励 PSD、峰度值和 FE 结果文件,该文件表示将激励与测试物品的 FE 模型的每个节点或元素处的应力响应联系起来的频率响应函数。获得应力响应 PSD 和相关响应峰度,并提取统计雨流直方图。然后通过将统计雨流直方图与材料疲劳曲线相关联来得出疲劳寿命估计值。
近年来,高熵合金 (HEA) 引起了材料界的极大兴趣,主要是因为某些成员表现出了令人着迷的特性,并且它们代表了合金设计的新方法。在这一多组分合金系统家族中,近等原子五组分“Cantor”合金 CrCoMnFeNi 尤其引人注目,因为这种合金表现出了卓越的机械性能,而且只有当温度降低到低温状态时,这种性能才会增强。尽管人们对这种合金系统很感兴趣,但迄今为止,很少有研究对这种合金或其成分变体的循环疲劳载荷行为进行表征。在这里,我研究了 Cantor 合金的耐损伤疲劳行为以及温度和载荷比对改变这种行为的影响,以及可能导致观察到的变化的潜在机制。这些测试条件涵盖三种温度范围:293 K、198 K 和 77 K;此外,还调查了每种温度范围内增加的负载比 R 的影响。在巴黎范围的阈值和线性部分进行的疲劳测试表明,Cantor 合金的疲劳行为具有温度依赖性;随着温度降低到低温范围,疲劳曲线向更高的 ΔK 移动,表明在较低温度下对疲劳裂纹扩展的抵抗力更高。此外,观察到较高的负载比对这种抵抗力产生负面影响,导致随着 R 比的增加,ΔK 向较低的方向移动。测试后,进行了一系列机械研究,以调查观察到的这种转变的根本原因。裂纹闭合测量、裂纹路径形态和断口分析为粗糙度引起的裂纹闭合是主要作用机制提供了强有力的证据。
近年来,高熵合金 (HEA) 引起了材料界的极大兴趣,主要是因为某些成员表现出了令人着迷的特性,并且它们代表了合金设计的新方法。在这个多组分合金系统系列中,近等原子五组分“Cantor”合金 CrCoMnFeNi 尤其引人注目,因为这种合金表现出了卓越的机械性能,而且只有在温度降低到低温状态时,这种性能才会增强。尽管人们对这种合金系统很感兴趣,但迄今为止很少有人研究过这种合金或其成分变体的循环疲劳载荷行为。在这里,我研究了 Cantor 合金的耐损伤疲劳行为以及温度和载荷比对改变这种行为的影响,以及可能导致观察到的变化的潜在机制。这些测试条件涵盖三个温度范围:293 K、198 K 和 77 K;此外,还调查了在每个温度范围内增加载荷比 R 的影响。在巴黎区阈值和线性部分进行的疲劳测试表明,Cantor 合金的疲劳行为具有温度依赖性;随着温度降低到低温区,疲劳曲线向更高的 ΔK 方向移动,表明在较低温度下对疲劳裂纹扩展的抵抗力更高。此外,观察到更高的负载比对这种抵抗力产生负面影响,导致随着 R 比的增加,ΔK 向更低的方向移动。测试后,进行了一系列机械研究,以调查这种观察到的变化的根本原因。裂纹闭合测量、裂纹路径形态和断口分析提供了强有力的证据,表明粗糙度引起的裂纹闭合是主要作用机制。