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World File Search System裂纹萌生
基于加速机械测试和有限元分析的焊点寿命建模
焊料疲劳是电力电子模块中观察到的主要故障模式之一。在使用条件下，电力电子部件会受到由电阻加热引起的反复温度波动。由于热膨胀系数不匹配，材料互连处会产生热机械应力。尽管如此，高可靠性应用要求使用寿命长达 30 年。因此，需要加速测试方法。然而，由于非弹性变形的应变率依赖性，理论寿命建模对于将加速测试方法的结果与通常的使用条件进行比较是必要的。本研究报告了一种在 20 kHz 超声波频率下运行的机械测试方法。在测试过程中，样品会受到反复弯曲变形，直到焊点最终断裂。确定了从室温到 175 ◦ C 的不同温度下裂纹萌生的循环次数。此后，对疲劳实验进行 FEM 计算机模拟，其中粘塑性 Anand 模型用作焊料的材料模型。用损伤累积模型评估焊料中裂纹的起始时间，该模型结合了 Coffin-Manson 模型和 Goodman 关系的多轴版本。结果表明，该模型可应用于焊料合金 PbSnAg、Sn3.5Ag 和 SnSbAg。
飞机机身结构完整性应用的疲劳裂纹扩展研究
摘要。本文回顾了美国国家航空航天实验室在飞机机身疲劳裂纹扩展预测技术开发方面所做的努力。研究重点是扩展雨流技术用于裂纹扩展分析，以及开发用于谱载荷的加速裂纹扩展计算方法。疲劳裂纹闭合是建模的关键要素，为此开发了断口技术。这些技术与二进制编码事件记录相结合，实现了金属材料中部分贯穿裂纹的裂纹扩展和闭合映射。对缺口处短裂纹的实验研究发现了裂纹闭合的滞后性质，这解释了缺口根部疲劳中众所周知的历史敏感局部平均应力效应。在模拟使用条件下获得的故障光学断口分析表明，在相当的增长率下，短裂纹不会比长裂纹表现出更多的散射。研究了缺口处小裂纹多点裂纹萌生和扩展的性质，并将研究范围扩展到广泛用于飞机机身的凸耳接头。这项研究的结果表明，可以模拟裂纹从小于 50 微米的扩展直至失效的过程，从而解释整个寿命的很大一部分。
通过定向能量沉积获得的打印 316L 不锈钢薄壁的拉伸和延性断裂性能
研究了通过定向能量沉积获得的打印 316L 不锈钢薄壁结构的机械性能。对从增材制造的方形管中获得的小样品进行现场拉伸和断裂试验，并以相对于部件构建方向的三个不同方向提取。尽管该工艺产生了强取向的微观结构，但与文献中常见的厚样品或抛光样品相比，打印样品表现出降低的各向异性。此外，使用一个简单的模型表明，通过仅考虑材料厚度变化模式（由层堆叠过程引起）可以解释降低的各向异性。使用经过调整的数字图像相关程序分析断裂试验，该程序根据实验计算的 J 积分评估样品的断裂韧性。使用时间反转，可以识别靠近裂纹路径区域的应变场。然后根据拉伸试验中确定的本构行为计算应力场。提出了一种正则化程序来强制应力平衡。最后，使用各种积分轮廓计算 J 积分，以验证其路径独立性。在此基础上，确定了近乎各向同性的断裂韧性。额外的扫描电子显微镜观察表明，断裂表面特征与样品方向无关。这种明显的各向同性可以通过驱动裂纹萌生和扩展的未熔合缺陷的各向同性分布来解释。
复合材料层压板脱层现象的调查...
图 36：Vitel v. 2000 s175 熔接机 .......................................................................................... 67 图 37：FBG 的放置 ................................................................................................................ 68 图 38：激光光源的视觉指示 ................................................................................................ 69 图 39：验证 FBG 功能的测试信号。 ................................................................................ 69 图 40：上部应变计附件 ...................................................................................................... 70 图 41：上部和下部应变计 #1 和 #2 ................................................................................ 70 图 42：微测量 P3 列车指示器和记录器以及 LCD 显示屏。 ................ 72 图 43：应力和温度应力随时间的变化 (Vergani、Colombo 和 Libonati 2014) ............................................................................................................. 74 图 44：每个间隔的热曲线 (Vergani、Colombo 和 Libonati 2014) ............................................................................. 75 图 45：涡轮叶片的热成像数据 (Dutton 2004)。 ............................................................................. 75 图 46：测试样本大小 ............................................................................................................. 76 图 47：材料属性样本 12 层 3 x (25 x 250) ............................................................................. 77 图 48：拉力试验机 (MTS Insight 310)。 ........................................................... 78 图 49：25 毫米样品应力与应变图 .............................................................................. 79 图 50：3 个样品的平均弹性模量 .............................................................................. 80 图 51：三点弯曲夹具（ISO 1998） .............................................................................. 82 图 52：进行三点弯曲测试的三个样品 ............................................................................. 84 图 53：弯曲试验前后 ............................................................................................. 84 图 54：三个样品的弯曲与载荷图 ............................................................................. 85 图 55：失效模式 ............................................................................................................. 86 图 56：最外层的弯曲断裂。 ............................................................................................. 87 图 57：第一个拉伸样品顶视图。 ........................................................................... 89 图 58：第二个拉伸样品正面图 .............................................................................. 89 图 59：使用第一个样品进行初步测试以及裂纹扩展的光学测量 91 图 60：用于模拟结冰的塔斯马尼亚橡木轮廓 ................................................................... 92 图 61: 第 2 次拉伸样品顶视图 .............................................................................................. 92 图 62: 控制第 2 次拉伸样品的形状 .............................................................................................. 92 图 63: 第 2 次拉伸样品侧视图 ...................................................................................................... 93 图 64: 拉伸试验的失效模式（标准 2000） ............................................................................. 94 图 65: 弯曲样品的顶视图 ...................................................................................................... 94 图 66: 弯曲样品的前视图 ...................................................................................................... 95 图 67: 上部应变计附件 ............................................................................................................. 95 图 68: 传感器放置的侧视图 ............................................................................................................. 96 图 69: 夹具中的弯曲样品 ............................................................................................................. 96 图 70: 弯曲试验的失效模式（标准 2000） ............................................................................. 97 图 71: 全部三个样品喷涂黑色以准备进行热成像测试 ...................................................................... 98 图 72：热成像测试期间的第一个和第二个拉伸样品 ...................................................................... 99 图 73：810 疲劳机的设置 ...................................................................................................... 99 图 74：热弹应力分析 ............................................................................................................. 100 图 75：拉伸初始测试 ............................................................................................................. 101 图 76：循环中的热成像图片 ............................................................................................. 102 图 77：热成像结果 ............................................................................................................. 103 图 78：视觉裂纹萌生 ............................................................................................................. 103 图 79：第二个拉伸样品的应变数据 ............................................................................................. 10495 图 67：上部应变计附件 ...................................................................................................... 95 图 68：传感器放置侧视图 ...................................................................................................... 96 图 69：夹具中的弯曲样品 ...................................................................................................... 96 图 70：弯曲测试的故障模式（标准 2000） ............................................................................. 97 图 71：为准备进行热成像测试，所有三个样品都喷涂黑色 ............................................................. 98 图 72：热成像测试期间的第一个和第二个拉伸样品 ............................................................. 99 图 73：810 疲劳机的设置 ............................................................................................. 99 图 74：热弹应力分析 ............................................................................................................. 100 图 75：拉伸初始测试 ............................................................................................................. 101 图 76：循环中的热成像图片 ............................................................................................. 102 图 77：热成像结果 ............................................................................................................. 103 图 78：视觉裂纹萌生 ................................................................................................ 103 图 79：第二个拉伸样品的应变数据 .............................................................................. 10495 图 67：上部应变计附件 ...................................................................................................... 95 图 68：传感器放置侧视图 ...................................................................................................... 96 图 69：夹具中的弯曲样品 ...................................................................................................... 96 图 70：弯曲测试的故障模式（标准 2000） ............................................................................. 97 图 71：为准备进行热成像测试，所有三个样品都喷涂黑色 ............................................................. 98 图 72：热成像测试期间的第一个和第二个拉伸样品 ............................................................. 99 图 73：810 疲劳机的设置 ............................................................................................. 99 图 74：热弹应力分析 ............................................................................................................. 100 图 75：拉伸初始测试 ............................................................................................................. 101 图 76：循环中的热成像图片 ............................................................................................. 102 图 77：热成像结果 ............................................................................................................. 103 图 78：视觉裂纹萌生 ................................................................................................ 103 图 79：第二个拉伸样品的应变数据 .............................................................................. 104第二个拉伸样品的应变数据................................................................................104第二个拉伸样品的应变数据................................................................................104
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
国际能源与环境杂志（IJEE）
收到日期：2021 年 8 月 5 日；修改后收到日期：2021 年 9 月 28 日；接受日期：2021 年 10 月 2 日；在线发布日期：2021 年 11 月 1 日摘要本文对室温下由多孔功能梯度聚合物材料 (PFGPM) 制成的 3D 打印圆柱形试件进行了疲劳寿命试验。在各种孔隙率和梯度指数参数下，获得了完全反向弯曲、平均应力等于零的恒幅载荷的试验结果。使用应力寿命方法通过实验评估疲劳特性。对光滑试件进行了 FEA 模拟，采用了三种加载模式（反向弯曲、反向轴向和反向扭转）。数值分析 (FEA) 和实验结果用于强调应力比 (R) 对疲劳寿命的影响。在反向弯曲试验中使用了五个应力比值（R = -1、0、0.25、0.5 和 1）。试验结果表明，受反向弯曲的试件的寿命比受轴向和扭转载荷模式的试件更长。结果表明，试件的寿命随着载荷比的增加而增加，实验和数值工作之间的最大差异为 8%。疲劳极限值受孔隙率参数和梯度指数的影响。版权所有 © 2021 国际能源与环境基金会 - 保留所有权利。关键词：应力寿命方法；SN 曲线；加载模式；应力比；疲劳寿命；FEA。1. 简介功能梯度材料 (FGM) 是一类先进材料，其结构特性沿厚度方向分级 [1]。孔隙率梯度是 FGM，其中材料通过部分层的密度或孔径的变化可用于增强其特性。它们可以使用 3D 打印技术用各种材料制成。在金属和聚合物泡沫中可以找到提供轻质和足够机械稳定性能的 PFGM。除其他各种用途外，聚合物还是一种用途广泛且必不可少的材料，可用于能源、航空航天和生物材料，因为它们能有效吸收冲击载荷并控制静态和动态响应，[2]。据估计，90% 的金属部件使用故障都是由疲劳引起的。疲劳过程经历几个阶段，从工程角度来看，将结构的疲劳寿命分为三个阶段比较方便：疲劳裂纹萌生、稳定裂纹扩展和不稳定裂纹扩展 [3]。QS Wang 等人 [4] 研究了功能梯度 Ti-6Al-4V 网状结构在相同体积应力条件下的疲劳行为。研究发现，疲劳裂纹首先萌生在