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World File Search System疲劳裂纹
国家运输安全委员会航空事故最终报告...
事故飞机的左主起落架 (LMLG) 外筒自上次大修以来已运行了大约 8 年半，空气加注阀孔中可能存在杂散镀镍。镀镍是维持外起落架筒内径公差的允许程序，但不允许在空气加注阀孔中使用镀层。文献和测试研究表明，镀镍厚度为 0.008 英寸会导致应力系数增加 35%。在 LMLG 使用寿命的某个时刻，会发生一次负载事件，导致空气填充阀孔附近的材料压缩屈服，从而产生残余拉伸应力。在正常运行期间，空气填充阀孔中的应力水平可能在设计范围内，但由于镍引起的残余应力和应力强度因子的增加，这些应力水平增加到足以在空气填充阀孔的每一侧引发和发展疲劳裂纹的水平。通过开发有限元模型 (FEM) 检查空气填充阀孔处的应力，该模型通过从装有仪表的在役 Fedex MD-10 飞机收集的数据进行验证。在役数据和 FEM 表明，在所有条件下，空气填充阀孔中的应力都远高于外筒设计中的预期。对在役结果进行疲劳分析并使用镀镍系数得出
用于全尺寸疲劳测试的分布式光纤应变传感系统的评估
分布式光纤应变传感系统全尺寸疲劳测试评估 执行摘要 目前业界测量应变的惯例是使用电阻箔应变计。这些传感器安装起来很费时间，每个传感器需要三根屏蔽线，当需要进行高密度应变测量时，这会给被测结构增加相当大的重量和复杂性。电气仪表也容易疲劳，安装在作战飞机上时需要频繁校准。分布式光纤应变测量系统可以显著降低安装成本和复杂性，并解决与电气仪表相关的一些耐用性和性能问题。本报告详细介绍了传统电阻箔应变计和基于瑞利散射的商用光纤分布式应变测量系统性能的实验比较。所呈现的结果比较了两个系统之间的应变响应、空间分辨率和噪声水平，首先是包含疲劳裂纹的试样，其次是全尺寸疲劳试验件，该试验件由一架退役 F/A-18 的中心筒组成，受到模拟操作谱载荷。在大多数区域，光学应变数据与使用箔应变计进行的测量结果相比效果良好，但是，该系统存在一些局限性，特别是在高应变梯度区域测量应变时。尽管存在这些限制，但在许多情况下，与传统的电阻箔应变计相比，瑞利散射有可能以大幅降低每个传感点的成本提供详细的应变测量。
使用条带屈服力学模拟裂纹尖端损伤累积导致的疲劳裂纹扩展
Elber 在 70 年代早期发现疲劳裂纹可以在拉伸载荷下闭合，并假设疲劳裂纹扩展 (FCG) 将由 D K eff = K max � K op 控制，其中 K max 和 K op 分别是应力强度因子的最大值和开口值。该假设可以合理化在使用载荷下观察到的许多瞬态效应，但它无法解释许多其他效应，如在高 R = K min / K max 下过载后 FCG 的延迟或停止，当 K min > K op 时；在高度可变的 D K eff 下以恒定速率进行的 FCG；在给定 R 下停止的裂纹可以在较低的 R 下重新启动生长而不改变其 D K eff；或 FCG 在惰性环境中对 R 不敏感。尽管如此，基于 D K eff 思想的带材屈服模型 (SYM) 比基于任何其他原理的替代模型更常用于 FCG 寿命预测。为了验证 SYM 是否确实本质上更好，它们的力学原理用于预测 FCG 速率，这既基于 Elber 的想法，也基于另一种观点，即 FCG 是由于裂纹尖端前方的损伤积累造成的，这不需要 D K eff 假设或任意数据拟合参数。尽管基于相互冲突的原理，但这两种模型都可以很好地再现准恒定 D K 载荷下获得的 FCG 数据，这是一个有点令人惊讶的结果，值得仔细分析。� 2017 Elsevier Ltd. 保留所有权利。
层内孔隙率及相变对直接能量沉积增材制造316L不锈钢腐蚀疲劳的影响
摘要：使用线材的直接能量沉积 (DED) 工艺被认为是一种可以以可承受的成本生产大型部件的增材制造技术。然而，DED 工艺的高沉积速率通常伴随着较差的表面质量和固有的打印缺陷。这些缺陷会对疲劳耐久性和抗腐蚀疲劳性产生不利影响。本研究的目的是评估相变和打印缺陷对通过线材激光增材制造 (WLAM) 工艺生产的 316L 不锈钢腐蚀疲劳行为的关键影响。为了进行比较，研究了具有规则奥氏体微观结构的标准 AISI 316L 不锈钢作为对应合金。使用 X 射线微断层扫描 (CT) 分析的三维无损方法对打印缺陷的结构评估。通过光学和扫描电子显微镜评估微观结构，而通过循环动电位极化 (CCP) 分析和浸没试验评估一般电化学特性和腐蚀性能。使用旋转疲劳装置检查了在空气和模拟腐蚀环境中的疲劳耐久性。得到的结果清楚地表明，与 AISI 同类合金相比，WLAM 工艺生产的 316L 合金的腐蚀疲劳耐久性较差。这主要与 WLAM 合金的缺点有关，即具有双相微观结构（奥氏体基体和二次 delta-铁素体相）、钝化性降低以及层内孔隙率显著增加，而层内孔隙率是疲劳裂纹的应力增强因素。
表征高熵“Cantor”合金 CrCoMnFeNi 的疲劳行为
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。
表征高熵的疲劳行为...
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。
孔隙率对弯曲疲劳强度的影响...
摘要 — 本研究探讨了孔隙率对采用电弧增材制造 (WAAM) 生产的超级双相不锈钢 (SDSS) 弯曲疲劳强度的影响。横截面分析显示，SDSS 壁的平均宽度为 5.8 毫米，比多孔 SDSS (SDSS P) 壁宽约 1 毫米，这归因于较低的打印速度和不同的保护气体。X 射线成像证实 SDSS 材料中没有孔隙，但显示 SDSS P 材料中存在大量均匀分布的孔隙，直径从 0.4 到 1.1 毫米不等。垂直方向的硬度测量显示两种材料的硬度水平一致，SDSS 的平均值为 312 HV，SDSS P 的平均值为 301 HV。这种均匀性表明，当孔隙率不是影响因素时，基材强度相似。然而，机械测试显示出显著差异：SDSS 的屈服强度 (YS) 比 SDSS P 高 15.4%（630 MPa 对 546 MPa），极限抗拉强度 (UTS) 为 819 MPa，而 SDSS P 为 697 MPa。最值得注意的是，SDSS 的伸长率为 37.4%，比 SDSS P 高出约 118.7%，表明由于孔隙率导致延展性显著降低。疲劳测试表明 SDSS 的疲劳极限为 377 MPa，明显高于 SDSS P 的 152 MPa 极限。发现孔隙的存在会急剧降低疲劳强度。断口分析表明，SDSS P 中的疲劳裂纹源自孔隙。总体而言，研究结果表明孔隙率显著降低了 WAAM 制造的 SDSS 的机械性能，使其不太适合需要高强度和延展性的应用。
声发射技术在船舶结构健康监测中的应用
在役声发射 (AE) 监测能够对主要结构细节区域进行全局监测，以便尽早发现活动裂纹和损伤演变。AE 源严重程度是缺陷严重程度和相关结构风险的量度，从而减少了基于传统检查和建模方法的结构评估中的当前不确定性。当与应变监测和断裂力学分析的最新发展相结合时，它是一种用于疲劳裂纹检测和全寿命损伤评估的强大工具，具有提高平台可用性的潜力。本文概述了金属中稳定疲劳裂纹扩展的底层物理原理以及相关微断裂事件产生的声发射。给出了在役船体结构细节全局 AE 监测的示例。描述了用于建模疲劳裂纹扩展和相关声发射的新型分析软件，该软件结合了我们对原子尺度断裂力学理解的最新发展。用于检测海洋钢结构疲劳损伤的 AE 传感频带通常在 50 到 300 kHz 之间，具体取决于背景噪声。最大可接受缺陷尺寸定义了所需的 AE“可检测性”。可检测性取决于裂纹扩展步骤的大小和速率，这决定了传感器间距和监测持续时间，以实现可靠的检测、定位和评估目的。疲劳损伤评估和裂纹寿命预测的重要附加信息是所关注结构细节中关键位置的标称循环应变。此裂纹寿命预测与 AE 一起提供了船舶经历的结构疲劳响应曲线。了解与测量的 AE 相关的操作和环境概况将为结构生命周期管理提供基础。作为 USCG VALID 项目的一部分，给出了“USCGC BERTHOLF”上潜在疲劳敏感结构细节的临时结果。概述了在英国海军舰艇上的类似更大规模应用。
氢气混合至天然气管道基础设施
首先，本综述探讨了先前关于混合氢气对混合气体流体和热力学性质、输配电网络内管道材料和设备性能以及地下储存和最终用途氢气分离等支持设施的影响的研究。众所周知，氢气的存在会增加常用管道钢中疲劳裂纹的扩展速度，研究表明，抗拉强度较高的金属在与氢气接触时，抗断裂性能的下降幅度往往大于抗拉强度较低的金属。最近的研究表明，即使在氢分压较低的情况下，疲劳裂纹扩展和抗断裂性能也会降低，随着氢分压的增加，随后的降低幅度会更小。在高应力情况下，疲劳裂纹扩展与氢浓度基本无关。ASME B31.12 等设计指南提供了如何根据管道直径和厚度评估许多常见管道材料的合适工作压力的指导。需要对美国天然气管道系统中使用的老式钢材进行额外的疲劳和断裂测试，以确定其在氢气环境中的极限行为，尤其是老式的焊缝和硬点，并且必须检查任何考虑混合的现有管道是否存在缺陷。虽然塑料管道通常被认为适合在配电网络压力下容纳氢气，但研究表明，氢气会影响聚乙烯材料的物理特性，例如密度和结晶度。需要进行更多研究来量化这些变化对聚合物管道和管道接头的机械性能和寿命的影响，以及氢气对特定树脂配方的影响。氢气对材料的影响还延伸到压缩机、阀门、储存设施和其他非管道组件。评估地下储存设施中的氢气还必须考虑与可能消耗氢气的微生物相关的潜在反应，以及枯竭的油气储层（最常见的天然气储存类型）中存在的残留碳氢化合物对最终用途应用的危害程度（基于所需的氢气纯度）。氢分离是一项成熟的技术，但对于天然气中低氢浓度混合物来说，成本可能过高。
铝制船舶结构止裂装置的开发
SSC 2010 财年项目建议：制定确定船体残余应力的通用设计指南 提交人：Sreekanta (Sree) Das，加拿大温莎大学。1.0 目标。1.1 船体是船舶的主要结构部件，通常由加强钢板制成。钢板通过焊接加强筋来加强。焊接过程会产生残余应力，这会导致裂纹萌生和裂纹扩展的潜在问题。已完成一些研究，以确定由带有一个或两个加强筋的钢板组成的船体部件中残余应力纵向分量的分布。然而，需要进行详细的研究以制定全面的设计指南，供船舶制造商、航运业和结构工程师用来确定残余应力所有三个法向分量的真实分布。因此，拟议项目旨在开展一项详细研究，以制定一般准则，帮助确定船体所有位置和三个方向的残余应力的所有三个分量。这项研究还将考虑焊接过程中的停止和启动以及加强筋的突然终止的影响。最先进的中子衍射 (ND) 方法将用于实验研究中残余应变的精确测量。非线性有限元 (FE) 建模将用于详细的参数研究。2.0 背景。2.1 船体结构由钢板制成，钢板由钢梁和大梁加固。结构部件（梁、大梁、板）通过焊接连接。焊接过程会在板材中产生大量热量输入，因此，当加固板冷却时会产生局部残余应力。船舶承受连续的循环载荷，因此疲劳失效和疲劳寿命是船舶结构的主要设计考虑因素之一。由于应力集中和残余应力的存在，大多数疲劳裂纹和随后的疲劳失效都始于两个结构部件之间的连接处。已经完成了大量研究工作，以确定考虑残余应力影响的船体结构疲劳寿命。在这些研究中，假设残余应力的纵向分量具有理想化且非常简单的分布，尽管人们知道残余应力分布取决于几个因素，包括 (i) 焊接过程中产生的热输入水平、(ii) 母钢板的厚度和 (iii) 加强筋的间距。最近完成的项目 SR-1456 考虑了热输入水平