08_疲劳裂纹扩展
机械工程材料课后答案
机械⼯程材料课后答案⼯程材料习题<习题⼀>1、抗拉强度：是材料在破断前所能承受的最⼤应⼒。
屈服强度：是材料开始产⽣明显塑性变形时的最低应⼒。
塑性：是指材料在载荷作⽤下，产⽣永久变形⽽不破坏的能⼒韧性：材料变形时吸收变形⼒的能⼒硬度：硬度是衡量材料软硬程度的指标，材料表⾯抵抗更硬物体压⼊的能⼒。
刚度：材料抵抗弹性变形的能⼒。
疲劳强度：经⽆限次循环⽽不发⽣疲劳破坏的最⼤应⼒。
冲击韧性：材料在冲击载荷作⽤下抵抗破坏的能⼒。
断裂韧性：材料抵抗裂纹扩展的能⼒。
2 、材料的弹性模量与塑性⽆关。
3 、四种不同材料的应⼒应变曲线，试⽐较抗拉强度，屈服强度，刚度和塑性。
由⼤到⼩的顺序，抗拉强度： 2 、 1 、 3 、 4 。
屈服强度： 1 、 3 、 2 、 4 。
刚度：1 、3 、2 、4 。
塑性：3 、2 、4 、1 。
4、常⽤的硬度测试⽅法有⼏种？这些⽅法测出的硬度值能否进⾏⽐较？布⽒、洛⽒、维⽒和显微硬度。
由于各种硬度测试⽅法的原理不同，所以测出的硬度值不能直接进⾏⽐较。
5、以下⼯件应该采⽤何种硬度试验法测定其硬度？（1）锉⼑：洛⽒或维⽒硬度（2）黄铜轴套：布⽒硬度（3）供应状态的各种碳钢钢材：布⽒硬度（4）硬质合⾦⼑⽚：洛⽒或维⽒硬度（5）耐磨⼯件的表⾯硬化层：显微硬度6、反映材料承受冲击载荷的性能指标是什么？不同条件下测得的这些指标能否进⾏⽐较？怎样应⽤这些性能指标？冲击功或冲击韧性。
由于冲击功或冲击韧性代表了在指定温度下，材料在缺⼝和冲击载荷共同作⽤下脆化的趋势及其程度，所以不同条件下测得的这种指标不能进⾏⽐较。
冲击韧性是⼀个对成分、组织、结构极敏感的参数，在冲击试验中很容易揭⽰出材料中的某些物理现象，如晶粒粗化、冷脆、热脆和回⽕脆性等，故⽬前常⽤冲击试验来检验冶炼、热处理以及各种加⼯⼯艺的质量。
此外，不同温度下的冲击试验可以测定材料的冷脆转变温度。
同时，冲击韧性对某些零件（如装甲板等）抵抗少数⼏次⼤能量冲击的设计有⼀定的参考意义。
E647 裂纹扩展速率作业指导书
ASTM E647-08 疲劳裂纹扩展速率试验作业指导书1.概述本测试方法为测定从接近门槛值到最大Kmax期间内非稳定控的疲劳裂纹扩展速率。
结果用裂纹顶端应力强度因子范围（ΔK）来表示。
能够按本方法进行试验的材料不受厚度或强度的限制，只要试验过程中试样厚度足够厚，以防止翘曲及其平面尺寸足以保持弹性变性占优势即可。
本测试方法需对带有预裂纹缺口试样施以循环加荷。
经视觉测量，或是其他等效的方法测量试样的裂纹尺寸，对疲劳循环函数进行数值分析，以建立裂纹扩展速率。
2.仪器2.1夹具和装卡装置--试样对夹具和装卡装置的要求在标准中已概述。
2.2 夹具的同心度-力的传递过程中，保持所有夹具有较高的同心度非常重要。
不对中能导致非对称开裂，特别是靠近门槛值测试，这可能导致无效的数据。
7. 试样形状、尺寸、制备7.1 试样标准---本方法使用的试样形状细节于本方法附录中给出。
从实际材料中取样，应力释放完全是不切实际的。
小心选择试样形状和尺寸，残余应力对于裂纹扩展特性的影响可以最小化。
选择样小比例品尺寸B/W, 可以减少分布于整个试样厚度上，垂直于裂纹扩展方向残余应力的作用。
这种形状的选择，可最大限度的减小由于裂纹弯曲度和裂纹前缘不规则引起的计算da/dN 和∆K的误差。
此外，作用于平行裂纹扩展方向的残余应力可能产生使裂纹尖端闭合或张开的力矩，这也可以混淆的测试结果。
在大多数情况下，残余应力引发了对裂纹扩展特性测量结果影响，可以通过选择一种对称样品形状使其最小化，即M（T）试样。
7.3 切口的制备—对标准试样加工缺口可用电火花、铣削、锯加工。
以下建议的缺口制备过程有利于不同材料疲劳裂纹的扩展。
7.3.1电火花加工---ρ< 0.25 mm(0.0010in) (ρ=缺口根部半径)，高强钢（σys≥1175MPa/170ksi）、钛和铝合金。
7.3.2磨和铣----ρ≤0.075mm(0.003in) ,低中强度钢σys≤1175MPa/170ksi ，铝合金。
金属材料疲劳裂纹扩展门槛值测定
材料力学性能实验报告姓名：刘玲 班级：材料91学号：09021004成绩：实验名称 金属材料疲劳裂纹扩展门槛值测定实验目的了解疲劳裂纹扩展门槛值测定的一般方法和数据处理过程，增加对断裂力学用于研究疲劳裂纹扩展过程门槛值的作用和认识。
实验设备1）高频疲劳试验机一台 2）工具读数显微镜一台 3）千分尺一把4）三点弯曲试样一件试样示意图试验结果1. 测量试样尺寸。
在本次实验中，试样厚度B=12.50mm ，宽度为25.00mm 。
其他数据见附表“疲劳裂纹门槛测定数据”。
2. 疲劳裂纹扩展门槛值的计算 1） 近门槛值附近的da/dN近门槛值附近的da/dN 可用割线法处理数据，其表达式为：11d ()/()i i i i i da N a a N N ++=--（） （1-1）利用上式，可在a-N 曲线上计算连接相邻两个数据点的直线斜率。
2）△K由于计算的/da dN 是增量1()i i a a +-的平均速率，故平均裂纹长度1()/2i i a a ++只能用来计算K ∆的值。
思考题：分析讨论金属材料疲劳裂纹扩展速率和疲劳裂纹门槛值测试原理和方法的异同答：1.相同点：1）均采用的是三点弯曲试样，且试样相同。
2）试验程序的前两部都为测量试样尺寸，预制疲劳裂纹。
3）裂纹扩展速率 da/dN和应力强度因子幅度∆K的处理方法相同。
4）在测量时都是以Paris公式作为数据处理的依据，或者说以疲劳裂纹扩展速率曲线的第二阶段为主要依据的。
2.不同点：1）测量疲劳裂纹门槛值时采用的加载方式是降K程序。
在力值比R不变的条件下，用自动或手动的降K程序来实现。
初始的应力强度因子范围可以选择等于或大于预制疲劳裂纹时最终△K值，以后随着裂纹的扩展而连续降力或分级降力。
而在研究疲劳裂纹扩展速率时的最大交变载荷为恒定值。
2）金属材料疲劳裂纹扩展速率试验主要是在裂纹扩展的第一阶段测定，而金属材料疲劳裂纹门槛值试验需要在裂纹扩展的第一、二阶段测定；3）试验程序不同，金属材料疲劳裂纹扩展速率试验有试样参数的选择和裂纹扩展长度的测量，而金属材料疲劳裂纹门槛值试验则不需要，只需降低 K程序；4）裂纹扩展速率的处理方法不同，金属材料疲劳裂纹扩展速率试验有割线法和递增多项式法，而金属材料疲劳裂纹门槛值试验只有割线法。
换热器管座角焊缝裂纹原因分析及防范措施
换热器管座角焊缝裂纹原因分析及防范措施摘要：本文在换热器实际使用环境的基础上，简要阐述了换热器管座的常见缺陷，之后对主要缺陷，即换热器管座角焊缝疲劳裂纹从分类与分布上进行了详细分析，最后，提出了一些检测疲劳裂纹的方法以及检修换热器管座角焊缝疲劳裂纹的措施，提供相关单位进行参考。
关键词：换热器；管座角焊缝；疲劳裂纹；维护技术前言：换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。
换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。
在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，在化工企业内得到了广泛应用。
然而，在复杂的生产工况条件以及换热器管座自身的结构型式、受力特点和材料特性，以及制造成型工艺的影响下，换热器管座会在容器内压、重力载荷（包括设备自重、介质、附属设备、管道等）、连接管道等部件的作用力、温度梯度引起的作用力、压力激烈波动引起的冲击载荷[1]的作用下，产生一系列的缺陷，最为典型的就是疲劳损伤。
疲劳断裂是一种主要的金属结构失效形式，在循环载荷的强烈影响下，钢结构会因腐蚀、应力集中等状况出现裂纹，归根结底，这种裂纹是由于疲劳强度引起的，而扩展的裂纹将会引发结构的失效。
目前，换热器管座疲劳开裂以及成为了设计维护关键问题。
一、换热器管座的常见病害（一）涂装劣化换热器通常都是直接接触到大气、周边空气的，而这种长期暴露会对换热器产生一定的侵蚀，对换热器管座安全造成不良影响。
为保护换热器管座的完整性，通常会对结构表面进行一定的维护，而其中最具有效力及最为经济型的就是涂装。
但是观察长期服役的换热器管座表面涂层可以发现，其仍出现大量生锈、脱落、裂纹、起泡、粉化问题，涂层的劣化将导致进一步的腐蚀。
（二）腐蚀不同生产装置所面临的环境有所区别，但工业废气中含有的大量盐粒子、水分、氮化物及硫化物会对换热器管座角焊缝产生一定的腐蚀作用，而所处位置周边空气通常会存在大量工业废气。
工程材料复习题
一、填空题：1、金属材料一般可分为（黑色）金属和（有色）金属两类。
2、工程材料的性能包括（使用）性能和（工艺）性能。
3、工程材料的使用性能包括（力学）性能、（物理）性能和（化学）性能。
4、疲劳断裂的过程包括（裂纹产生）、（裂纹扩展）和（疲劳断裂）。
5、填出下列力学性能指标的符号：屈服强度（σs）、抗拉强度（σb）、断后伸长率（δ）、断面收缩率（φ）、冲击韧度（αK）。
6、常用的三种硬度表示为（布氏硬度HB）、（洛氏硬度HR）和（维氏硬度HV）。
7、晶体与非晶体的根本区别是（原子排列是否有规律）。
8、金属晶格的基本类型有（体心立方晶格）、（面心立方晶格）和（密排六方晶格）三种。
9、实际金属的晶体缺陷有（点缺陷）、（线缺陷）和（面缺陷）三类。
10、实际晶体中主要存在三类缺陷，其中点缺陷有（空位）和（间隙原子）等；线缺陷有（位错）；面缺陷有（晶界）等。
11、合金相的结构分为（固溶体）和（金属化合物）两大类。
12、在大多数情况下，溶质在溶剂中的溶解度随着温度升高而（增加）。
13、按照溶质原子在溶剂中位置的不同，固溶体分为（置换固溶体）和（间隙固溶体）。
14、固溶体按溶解度大小不同分为（有限固溶体）和（无限固溶体）。
15、金属结晶的过程是一个（晶核形成）和（晶粒长大）的过程。
16、金属结晶的必要条件是（过冷度）。
17、金属结晶时，（冷却速度）越大，过冷度越大，金属的（实际结晶）温度越低。
18、金属的晶粒越细小，其强度、硬度（越高），塑性韧性（越好）。
19、金属结晶时晶粒的大小主要决定于其（形核率）和（晶核的长大速度），一般可通过（增加过冷度法）或（变质处理）来细化晶粒。
20、铁有三种同素异构体，在912℃以下时为（体心立方α-Fe）晶格；在912℃以上，1394℃以下时为（面心立方γ-Fe）晶格；高于1394℃而低于熔点时为（体心立方δ-Fe）晶格。
21、铁碳合金的组织中，属于固溶体的有（F)和( A )，属于化合物的有( Fe3C )，属于机械混合物的有( P ) 和( L d)。
湖北文理学院_机械制造复习题.doc
中南大学现代远程数育课程考试复习题及參考答案机械制造工艺学一、填空题:1.对那些精度要求很高的零件，其加工阶段可以划分为：粗加工阶段，半精加工阶段, ________ ，________ O2. _________________________ 根据工序的定义，只要、、工作对象（工件）之一发生变化或对工件加工不是连续完成，则应成为另一个工序。
3. ___________________________________________________________ 采用转位夹具或转位工作台，可以实现在加工的同时装卸匚件，使__________________________________ 时间与_______ 时间重叠，从而提高生产率。
4.尺寸链的特征是关联性和________ 。
5. _________________________ 拉孔，推孔，斷磨孔，等都是自为基准加工的典型例子。
6. _____________________________________________________ 根据工厂生产专业化程度的不同，生产类型划分为___________________________________________________ 、____________ 和单件生产三类。
8. __________________ 工艺基准分为、、测量基准和装配基准。
9. ___________________________________________________________ 机械加工工艺过程曲若干个工序纽成，每个工序又依次分为安装、____________________________________ 、___________ 和走刀。
10.传统的流水线、自动线生产多采用_________ 的组织形式，可以实现高生产率生产。
11.选择粗基准时一般应遵循____________________ 、 _____________ 、粗基准一般不得重复使用原则和便于工件装夹原则。
机械制造工艺学_习题_王先逵
《机械制造工艺学》一、填空1.获得形状精度的方法有_轨迹法_、成形法、_展成法_。
2.主轴回转作纯径向跳动及漂移时，所镗出的孔是_椭圆__形。
3.零件的加工质量包括_加工精度_和_加工表面质量__。
4.表面残余_拉_（拉或压）应力会加剧疲劳裂纹的扩展。
5.车削加工时，进给量增加会使表面粗糙度_变大_。
6.切削液的作用有冷却、_润滑__、清洗及防锈等作用。
7.在受迫振动中，当外激励频率近似等于系统频率时，会发生_共振_现象8.刀具静止参考系的建立是以切削运动为依据，其假定的工作条件包括假定运动条件和假定安装条件。
9.磨削加工的实质是磨粒对工件进行_刻划_、__滑擦（摩擦抛光）和切削三种作用的综合过程。
10.产品装配工艺中对“三化”程度要求是指结构的标准化、通用化和系列化。
11.尺寸链的特征是_关联性和_封闭性_。
12.零件光整加工的通常方法有_珩磨_、研磨、超精加工及_抛光_等方法。
13.机械加工工艺规程实际上就是指规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的_工艺文件14.工艺过程是指生产过程中，直接改变生产对象形状、尺寸、相对位置、及性质的过程。
15.零件的几何精度、表面质量、物理机械性能是评定机器零件质量的主要指标。
16.加工经济精度是指在正常加工条件下（采用符合标准的设备，工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间）所能保证的加工精度。
17.轴类零件加工中常用两端中心孔作为统一的定位基准。
18.零件的加工误差指越小（大），加工精度就越高（低）。
19.粗加工阶段的主要任务是获得高的生产率。
20.工艺系统的几何误差包括加工方法的原理误差、制造和磨损所产生的机床几何误差和传动误差，调整误差、刀具、夹具和量具的制造误差、工件的安装误差。
21.精加工阶段的主要任务是使各主要表面达到图纸规定的质量要求。
24机械产品的质量可以概括为__实用性____、可靠性和__经济性____三个方面。
25获得尺寸精度的方法有试切法、_定尺寸刀具法__、__调整法_____、自动获得尺寸法。
汽车维修(名词解释补充)
名词解释：01.可靠性：指产品在规定的使用条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。
02.粘着磨损：摩擦副相对运动时，由于固相焊合作用的结果，造成金属耗损的现象03.磨料磨损：物体表面与硬质颗粒或硬质突起物（包括硬金属）相互摩擦引起表面材料损失的现象04.疲劳磨损：两接触表面在交变应力接触压应力的作用下，材料表面因疲劳而产生物质损失的现象。
05.微动磨损：两接触表面没有宏观相对运动，但在外界变动负荷影响下，有小振幅的相对运动（一般小于100微米），此时接触表面间产生大量的微小氧化物磨损粉末，因此造成的磨损06. 氧化磨损：摩擦表面微凸体上的氧化膜不断被除去，又反复形成的过程07. 穴蚀：当零件与液体接触并有相对运动时，零件表面出现的一种损伤现象。
08.修理尺寸法：对配合副的磨损表面通过机加工法恢复其正确的几何形状、配合特性，并获得新的几何尺寸，选择具有相应尺寸的标准件与之相配合的特性。
09.就车修理法：在汽车修理过程中，将卸下来的总成、组合件、零件等，除已不能修复或无修复价值者外，其余的经修理后装回原车的修理方法。
10.总成互换修理法：在汽车修理过程中，除了车架、车身外，其他总成、组合件、零件都可以用周转储备总成替换的修理方法。
11.维修：在系统投入运行后，为保持或在系统发生故障后恢复产品完成规定功能的能力而采取的技术与管理措施。
12.可用性：当需要时，某系统在该时刻处于可工作状态的可能性大小。
13.失效概率：整车，总成或零件在规定的使用条件下和规定的时间内，不能完成规定功能的要求。
14.故障率：汽车达不到设计制造要求或规定的工作性能目标的概率。
15.维修度：系统或产品在规定的条件下进行维修时，在规定的时间内，保持或恢复到规定状态的概率。
16.有效度：是指在任何一随机时刻，当任务需要时，系统在任务开始时刻处于可投入使用状态的概率。
17.经济寿命：指对设备进行全面经济分析得出设备的使用费处于合理界限之内的设备寿命。
工程材料与热加工(习题)
不锈钢）和（奥氏体型不锈钢）。 3. 含碳量对钢的性能影响很大，低碳钢、中碳钢和高碳钢的含碳量分别为（≤%）、
（%～%）、（≥%）。 4. 钢中常存的杂质元素为（Mn）、（Si）、（S）、（P），钢的质量等级主要以（S）和（P）
)晶格。 A）
四、判断题 1. 金属化合物的特性是硬而脆，莱氏体的性能也是硬而脆，故莱氏体属于金属化合物。
（×） 2. 渗碳体碳的质量分数为%。（ √ ） 3. Fe-Fe3C 状态图中，A3 温度是随碳的质量分数增加而上升的。（ × ） 4. 碳溶于 α-Fe 中所形成的间隙固溶体称为奥氏体。（ × ）
第 1 章 材料的力学的性能（习题） 一、选择题 1. 表示金属材料屈服强度的符号是（ B ）。
A、 ； B、 ； C、 ； D、 ； 1. 金属材料在静载荷作用下，抵抗变形和破坏的能力称为( C )。
A、塑性； B、硬度； C、强度； D、弹性； 2. 在测量薄片工件的硬度时，常用的硬度测试方法的表示符号是( B )。
3. 20CrMnTi 钢根据其组织和力学性能，在工业上主要作为一种（ A ）使用。 A、合金渗碳钢； B、合金弹簧钢； C、合金调质钢； D、滚动轴承钢；
4. 大多数合金元素均在不同程度上有细化晶粒的作用，其中细化晶粒作用最为显着的 有（ C ）。 A、Mn、P； B、Mn、Ti； C、Ti、V； D．V、P
5. 除（ A ）元素外，其它合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏体的稳 定性。 A、Co； B．Cr； C．Mn； D．Ti；
疲劳分析
所谓“无穷多次”应力循环，在试验中是难以 实现的。工程设计中通常规定：对于S－N 曲线有水平渐近线的材料（如结构钢），若 经历107 次应力循环而不破坏，即认为可承 受无穷多次应力循环；对于S—N 曲线没有 水平渐近线的材料（例如铝合金），规定某 一循环次数（例如 2 X 107 次）下不破坏 时的最大应力作为条件疲劳极限。
疲劳强度已从经典的无限寿命设计发 展到现代的有限寿命设计和可靠性分析。 累积损伤理论为解决疲劳寿命问题提供了 重要基础及工程计算方法。零件、构件以 至设备的寿命、可靠性等已成为国内外市 场上产品竞争的重要指标。
疲劳分析的主要内容
疲劳失效的主要特征与失效原因简述； 疲劳极限及其影响因素； 有限寿命和无限寿命设计； 提高构件疲劳强度的途径。
3.表面加工质量的影响－表面质量因数
零件承受弯曲或扭转时，表层应力最 大，对于几何形状有突变的拉压构件， 表层处也会出现较大的峰值应力。因 此，表面加工质量将会直接影响裂纹的 形成和扩展，从而影响零件的疲劳极 限。 表面加工质量对疲劳极限的影响，用表 面质量因数β度量，式中， σ-1 和 (σ-1) β 分别为磨削加工和其它加工时 的对称循环疲劳极限。
疲劳失效特征
破坏时的名义应力值远 低于材料在静载荷作用 下的强度的指标。 构件在一定量的交变应 力作用下发生破坏有一 个过程，即需要经过一 定数量的应力循环。 构件在破坏前没有明显 的塑性变形，即使塑性 很好的材料，也会呈现 脆性断裂。 同一疲劳破坏断口，一 般都有明显的光滑区域 与颗粒状区域。
疲劳极限与应力 － 寿命曲线
有限寿命设计与无限寿命设计
若将S－N 试验数据标在lgS— lgN 坐标中，所得到应力一寿 命曲线可近似视为由两段直线 所组成，如图所示。两直线的 交点之横坐标值 N0，称为循环 基数；与循环基数对应的应力 值（交点的纵坐标）即为疲劳 极限。因为循环基数都比较大 (106 次以上)，故按疲劳极限 进行强度设计，称为无限寿命 设计。双对数坐标中lgS—lgN 曲线的斜直线部分，可以表成
一种高强钛合金疲劳裂纹扩展行为
引用格式：王欢，辛社伟，郭萍，等. 一种高强钛合金疲劳裂纹扩展行为[J ]. 航空材料学报，2024，44(2)：176-183.WANG Huan ，XIN Shewei ，GUO Ping ，et al. Fatigue crack propagation behavior of high strength titanium alloy [J ].Journal of Aeronautical Materials ，2024，44(2)：176-183.一种高强钛合金疲劳裂纹扩展行为王 欢, 辛社伟, 郭 萍, 强 菲, 张 磊, 乔忠立, 赵永庆*（西北有色金属研究院，西安 710016）¯101112¯1010¯101¯210摘要：高强Ti-5Al-3Mo-3V-2Zr-2Cr-1Nb-1Fe （Ti-5321）合金是顺应我国新一代飞机对高性能钛合金的需求设计而开发的一种新型高强损伤容限型钛合金。
以Ti-5321合金为研究对象，构造等轴组织（EM ）、网篮组织（BW ）和细网篮组织（F-BW ）三种典型组织，研究拉伸及疲劳裂纹扩展行为，利用光学显微镜（OM ）和扫描电镜（SEM ）观察组织和断口，揭示高强钛合金Paris 及失稳扩展区的疲劳裂纹扩展机制。
结果表明：三种组织试样的抗拉强度均在1200 MPa 以上，且整个裂纹扩展阶段均表现出优异的疲劳裂纹扩展抗力；细网篮组织疲劳裂纹扩展抗力最高，等轴组织疲劳裂纹扩展抗力最低；Paris 区及失稳扩展区疲劳裂纹主要以穿过初生α相和沿着初生α相两种方式进行扩展，裂纹扩展方式与α相的晶体学取向密切相关，裂纹倾向于穿过有利于（）<>锥滑移的α丛域，绕过有利于（）<>柱滑移的α丛域。
关键词：Ti-5321合金；细网篮组织；断口形貌；疲劳裂纹扩展机制doi ：10.11868/j.issn.1005-5053.2023.000154中图分类号：TG146.2+3 文献标识码：A 文章编号：1005-5053(2024)02-0176-08Fatigue crack propagation behavior of high strength titanium alloyWANG Huan, XIN Shewei, GUO Ping, QIANG Fei, ZHANG Lei, QIAO Zhongli, ZHAO Yongqing*（Northwest Institute for Nonferrous Metal Research ，Xi’an 710016，China ）¯101112¯1010¯101¯210Abstract: High strength Ti-5Al-3Mo-3V-2Zr-2Cr-1Nb-1Fe （Ti-5321） alloy is a new type of high strength tolerance titanium alloy designed and developed to meet the demand of high performance titanium alloy for new generation aircraft in China. Ti-5321 alloy with equiaxed microstructure （EM ），basket-weave microstructure （BW ） and fine basket-weave microstructure （F-BW ）was obtained by forging and heat treatment ，and the tensile properties and fatigue crack growth behavior were studied. Fatigue crack propagation mechanisms in Paris and unstable propagation regimes were revealed by analyzing the microstructures and fracture morphology using optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM). The results show that the samples with EM ，BW and F-BW exhibit the excellent fatigue crack propagation resistance with the tensile strength of 1200 MPa. The sample with F-BW presents the highest fatigue crack propagation resistance in Paris and rapid growth regimes ，while the sample with EM presents the lowest fatigue crack propagation resistance. In F-BW ， the crack mainly propagates through and along α phase. Crack tends to propagate across colony oriented for （）<> pyramidal slip and propagates along colony oriented for （）<>prismatic planes.Key words: Ti-5321 alloy ；fine basket-weave microstructure ；fracture morphology ；fatigue crack growth mechanism钛合金因具有较好的综合力学性能、耐腐蚀以及易加工等优良性能，在航空领域应用广泛[1]。
机械设备基础知识考核试卷
B.手持式电钻
C.车床
D.手提切割机
2.摩擦轮传动中，主动轮与从动轮的转速关系是（）
A.主动轮转速大于从动轮
B.主动轮转速小于从动轮
C.主动轮与从动轮转速相等
D.无法确定
3.液压泵是将哪种能量转换为液压能量的装置？（）
A.电磁能
B.机械能
C.热能
D.化学能
4.以下哪种材料主要用于制造机械密封件？（）
4.通常情况下，金属材料的强度与______成反比。（）
5.机械设备进行定期维护的目的是为了减少故障率和延长______。（）
6.在金属切削加工中，刀具前角的作用是减小切削力和______。（）
7.机械设计中，为了保证零件的互换性，应采用______来表示尺寸公差。（）
8.摩擦轮传动中，摩擦轮的包角不宜过大，以免引起______。（）
12.机械设计中，以下哪种因素需要考虑以确保设备的安全运行？（）
A.设备的效率
B.设备的可靠性
C.设备的制造成本
D.设备的使用寿命
13.以下哪种材料具有良好的导电性和导热性？（）
A.塑料
B.木材
C.铜
D.玻璃
14.以下哪种设备通常用于实现工件的直线运动？（）
A.铣床
B.钻床
C.车床
D.镗床
15.滚动轴承的代号“6208”中，“08”表示（）
D.光谱分析仪
18.以下哪些是机械设计中考虑的安全措施？（）
A.使用安全防护罩
B.设计紧急停机按钮
C.遵守安全距离标准
D.使用明显的警示标志
19.以下哪些现象表明液压系统可能存在故障？（）
A.液压油温度过高
B.液压泵噪音过大
转载：螺栓断裂分析的方法及程序
转载：螺栓断裂分析的方法及程序论文 2010-06-08 15:01:20 阅读77 评论0 字号：大中小订阅在紧固件的失效分析中，螺栓的失效最多、也最为常见，而螺栓的断裂失效则占螺栓失效的80%左右，严重威胁着整个构件的安全。
因此，我们有必要、也必须对断裂螺栓进行分析。
由于螺栓的结构、形状和受力形式比较复杂，且在材料、工艺和使用状况等因素的影响下，经常发生各种形式的断裂失效。
由于螺栓种类多、用量大，普遍采用冷变形制造工艺，并依据各种不同性能要求而采用不同钢材和热处理工艺，同时进行严格的材料和工艺检查。
尽管如此，往往由于工艺管理和控制不善，构成了批量或频次较高的断裂失效，经常影响着正常生产和使用。
下面我们就谈谈紧固件断裂失效分析的方法。
紧固件断裂失效分析的方法一、系统方法系统方法，又称相关性方法，就是把失效分析类型、失效方式、断口特征形貌、工作条件、材质情况、制造工艺水平和过程、使用和维护情况等放在一个研究系统中，从总体上予以考虑的方法。
寻找失效原因应从设计、材质、制造、使用、维护等相关方面去考虑，并据此进行测试和分析，找出失效原因。
本方法的特点是：从一般到个别，从普遍到特殊，从单项分析到综合联系上找原因。
这就是尽可能地收集与全局有关的资料和测试信息，从而确定分析系统的范围。
该方法主要针对失效原因复杂的断裂螺栓。
二、抓主要矛盾方法在紧固件失效分析时要抓住失效中起主要作用的因素。
如在断裂失效中就一定要对断裂源、断裂形状及导致断裂的因素重点分析和研究。
这也是我们螺栓断裂失效分析中最常用的方法。
举例来说，当一个螺栓断裂件送到我们手上，我们发现该螺栓的支撑面的装配痕迹不对称（就是说一边有明显的装配痕迹而一边没有或者两边装配痕迹相差很大）。
我们都知道：力是造成痕迹的唯一原因，接下来我们就应对这一应力进行重点分析。
三、比较方法选择一个同批次，同服役状态而没有失效的螺栓与断裂螺栓一一对比，然后进行分析比较，从中找出差异，寻找出引起失效的原因。
腐蚀环境下铝合金疲劳裂纹扩展的试验及仿真
ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ， ｄ ｅ ｉ ｆ ｎ ｅ ｓ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｎ ｉ ｔ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ ｉ ｆ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ｐ ｉ ｔ ， ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｓ ｈｅ ｔ ｉ ｎ ｌ ｆ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ 卷 第２ 期
２ ０ １ ３年 ４ 月
沈 阳 航 空 航 天 大 学 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｓｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ Ａｅ ｒ ｏｓ ｐ ａ ｃ ｅ Ｕｎｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
Ｖ Ｏ１ ． ３ ０ Ｎ ｏ ． ２
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２． Ｅｑｕ ｉ ｐｍ ｅ ｎｔ Ｏｆ ｉｃ ｆ ｅ ｏ ｆ Ｈｅ ａ ｄｑ ｕａ ｒ ｔ ｅ ｒ ｓ， ＰＬＡ Ｕｎｉ ｔ ９１ ４６ ７， Ｔｓ ｉ ｎｇ ｔ ａ ｏ Ｓ ｈａ ｎ ｄｏ ｎ ｇ ２６ ６ ３１１；
疲劳裂纹扩展规律Paris公式的一般修正及应用_倪向贵
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飞机结构损伤容限设计第8讲疲劳裂纹扩展内容概要1.裂纹扩展规律2.裂纹扩展速率3.裂纹扩展描述模型4.常幅载荷下裂纹扩展寿命估算5.变幅载荷下裂纹扩展寿命估算结构在交变载荷(机械力或热、电磁等)作用下裂纹的扩展称为疲劳裂纹扩展，由此产生的破坏称为疲劳破坏。
统计结果表明在各类工程结构断裂事故中，约80%是由疲劳裂纹扩展引起的。
1960年前后，波音公司最先发现应力强度因子在疲劳裂纹扩展中起关键作用，并在1963年由Paris 和Erdogan整理发表，他们将裂纹扩展数据和应力强度因子幅值联系起来的做法被学术界和工程界所普遍接受，从而开创并奠定了疲劳断裂理论。
在时间次序上，疲劳裂纹扩展的阶段不同。
疲劳破坏按照其发展大致可分为四个阶段：1∘裂纹成核阶段。
起始于应力集中下微结构的滑移、位错等；2∘微观裂纹扩展阶段。
成长于滑移面，裂纹与载荷方向成45º；3∘宏观裂纹扩展阶段。
裂纹与载荷方向垂直；4∘断裂阶段。
裂纹扩展至临界长度时失稳扩展断裂。
实际工程应用中，需要对裂纹的扩展进行量化描述，常用的量是：Δa /ΔN 或d a /d N 。
ΔN 是交变载荷的循环次数增量，Δa 是相应裂纹长度的增量。
d d aN 疲劳裂纹扩展速率疲劳裂纹扩展速率：表示交变载荷下每循环一次裂纹长度的平均增量，它是长度a 和载荷幅值的函数。
由疲劳裂纹扩展速率定义可得：01d d d ca P a N a aN=∫通过对疲劳裂纹扩展速率的研究，可获得裂纹的扩展理论、建立裂纹扩展与外载荷的联系，由此预测带裂纹结构的剩余寿命，为设计人员提供参考意见。
对疲劳裂纹扩展速率的研究通常有两种途径：1) 试验观察，根据试验结果总结扩展规律；2) 结合试验进行机理分析，构建疲劳裂纹扩展的理论模型。
¾试验结果：在裂纹扩展寿命期内，试验表明裂纹长度的扩展速率呈先慢后快的规律，在临界断裂时裂纹失稳迅速扩展而导致结构见断裂。
应力强度因子能合适描述裂纹尖端附近应力场强度，影响裂纹扩展速率的因素也很多，而大量试验证明应力强度因子是扩展裂纹扩展速率的主要参量。
¾试验结果：应力强度因子幅值：max minK K K Δ=−进一步研究发现d a /d N 与应力强度因子幅值间存在较强的关联性。
()max min K F a F aΔσσπΔσπ=−=上述A 区域中，应力强度因子幅值存在某个下限值ΔK th ，在邻近该值时裂纹扩展速率近似为零，该值被称为应力强度因子门槛值。
理论及工程界普遍认为它是一个材料常数，受循环应力比R 的影响很大。
如对马氏体钢材料，Barsom 得出统计关系：()th 016410850155R ...R K R ..Δ>⎧−⎪=⎨⎪≤⎩上述B 区域中曲线为一条直线，通常采用指数函数对其进行描述。
在C 区域中，当K max →K C 时，试样迅速断裂，即该区域存在一个上限值K fL ，称之为疲劳断裂韧度。
当应力强度因子趋于上限值时，裂纹扩展速率迅速增加。
在对带裂纹结构的剩余强度和疲劳寿命进行定量分析时，需要知道裂纹扩展速率的量化描述。
现今理论及工程界对上述变化规律进行描述的常见函数有：(1) Paris 公式：m K C Na )(d d Δ=C ，m 是由试验确定的材料常数。
该函数适合于描述给定应力比下裂纹扩展曲线的中间直线段的扩展特性。
(2) Fokman 公式：K K R K C N a mΔ−−Δ=C )1()(d d C ，m 是由试验确定的材料常数。
该函数适合于描述裂纹扩展曲线的中间段和快速扩展段，反映了裂纹的稳定扩展和快速扩展特性，并具有描述多个应力比下裂纹扩展的能力。
(3) Walker 公式：C ，m 1，m 2，m 由试验确定的材料常数。
该函数适合于描述裂纹扩展曲线的中间段，它反映了负应力比的影响，考虑的压缩载荷的加速效应，计算精度较高。
⎪⎩⎪⎨⎧<Δ−≥Δ−=)0(])1[()0(])1[(d d 21R K R C R K R C N a m m m mHeald 公式：pK K K C N a ⎥⎦⎤⎢⎣⎡−Δ=)()(d d 2max 2C 2u 4σ)(d d 2Th 2max K K C Na −=Donahue 公式：(4) 其它公式：上述公式中，Paris公式是最常用的。
根据试验数据求取公式中相关材料常数的常用方法是7点递推法。
工程界中计算常幅载荷下的裂纹扩展寿命通常采用Paris 公式，其计算流程如下所示：m K C Na )(d d Δ=()()0d ema e m a Y a N a C σ−=Δ∫例. 某大尺寸钢板有一边裂纹a 0＝0.5mm ，受R =0，σmax = 200 MPa 的循环载荷作用。
已知材料的屈服强度630MPa ，极限强度670MPa ，弹性模量207GPa ，门槛应力强度因子幅度ΔK th =5.5MPam1/2，断裂韧性104MPam 1/2，疲劳裂纹扩展速率为da/dN =6.9×10-12(ΔK)3，da/dN 的单位为m/C 。
试估算此裂纹板的寿命。
解：1) 确定应力强度因子表达式I 1.12K aσπ=裂纹长度与板宽之比<0.1，所以采用下式2) 确定应力强度因子幅度ΔK()max min max min 1.12 1.12K K K a a σσπσπΔ=−=−=Δ3) 确定长度为a 0的初始裂纹是否在给定应力下扩展1.129MPa m 5.5MPa mK a σπΔ=Δ=>由此可知裂纹将扩展。
4) 计算临界裂纹长度a cICmax K a F K σπ=⋅≤2IC c max 168mm 1.12K a πσ⎛⎞==⎜⎟⎝⎠5) 估算裂纹扩展寿命N c()()()()()2222022189500m m c m N a a C F m cyclesσπ−−=−⋅Δ⋅⋅−=上述过程即是裂纹扩展寿命估算方法的一般流程。
飞机在实际使用过程中所受载荷都是随机载荷，因而对结构的裂纹扩展寿命分析应考虑变幅载荷的影响。
在实际工程中，对变幅载荷影响的考虑分为两类：(1) 不考虑载荷的交互作用载荷谱中各载荷的峰(谷)值相差不大，载荷顺序对裂纹扩展的影响很小，因而可不考虑循环载荷的相互作用。
(2) 考虑载荷的交互作用载荷谱中各载荷的峰(谷)值相差较大，载荷顺序对裂纹扩展的影响不能忽略，必须采用变幅载荷下疲劳寿命的分析方法。
军机一般都考虑载荷的相互影响。
(1) 不考虑载荷的交互作用假设飞机经历N e 个加载循环，或T e 个加载周期后，裂纹尺寸由a 0扩展到a e ，称N e 和T e 分别为临界加载循环数和临界加载周期数。
m K C Na )(d d Δ=()()101d d eek k T a N m m a N k a C N Y a σ+==Δ∑∫∫(2) 考虑载荷的交互作用变幅载荷下，载荷有三种相互作用方式：¾超载迟滞效应¾压缩载荷加速效应¾迟滞减缓效应(a) 超载迟滞效应在低拉伸载荷循环序列中出现一个高拉伸载荷，这个高拉伸超载会在裂纹尖端形成一个拉伸塑性变形区。
高载之后的大塑性变形引起的残余压缩应力会显著降低其后各循环中的裂纹扩展速率。
这种现象称为超载迟滞效应。
(b) 压缩载荷加速效应压缩载荷在裂纹尖端形成压缩塑性变形区。
在压缩载荷后的拉伸过程中，压缩塑性变形不能恢复，而在裂尖形成残余拉应力，显著地增加其后各级载荷的裂纹扩展速率，称为压缩载荷的加速效应。
(c) 迟滞减缓效应在拉伸超载的后续循环中加上一个压缩超载，在裂纹尖端的材料就会发生相反的塑性变形，这就降低了残余应力。
负超载会部份甚至会全部抵消正超载的有利影响，使迟滞效应有所减弱。
这种现象称为迟滞减缓效应。
在断裂力学中，有两种理论模型对裂纹的迟滞效应进行了解释：裂纹闭合模型残余塑性压应力模型(1) 裂纹闭合模型当载荷谱中有正超载时，超载后因残余应变的影响，裂纹尖端闭合。
当下一拉伸载荷时，所加载荷超过某一数值(即闭合应力)后裂纹尖端才会张开。
只有当裂纹弯曲张开时裂纹扩展才会发生。
裂纹闭合延缓了裂纹进一步扩展，其等效为降低了载荷，则有效应力强度因子幅值为：max opeff K K K Δ=−K op 展开应力强度因子。
(2) 残余塑性压应力模型当交变载荷中存在大的拉伸超载时，在裂纹尖端附近产生一个较大的塑性区。
卸载后原塑性区内存在较大的残余压应力，而周围的弹性区内产生残余拉应力，呈自平衡状态。
裂纹尖端附近的残余压应力降低了裂纹尖端的有效拉应力，这就降低了有效应力强度因子幅值，使裂纹扩展速率降低。
基于上述理论和迟滞原理，研究人员提出诸多超载迟滞模型。
工程中常用的超载迟滞模型有：闭合模型Wheeler模型Willenborg模型()()max 01d d 1Mf f K C a C N C ⎡⎤Δ−⎢⎥=−⎢⎥⎣⎦C ，C f ，C f 0，M 等由试验确定。
闭合(Closure)模型M K C c Na )(d d p Δ=Wheeler 模型该模型认为超载迟滞效应可迟滞系数来描述：⎩⎨⎧=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=εσασα.pl 6.pl 2π12y I K R ⎪⎩⎪⎨⎧+>+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−+=其他1201012p a R a R a a R R c mWheeler 认为：m 是材料常数。
1.000.421.600.25m GC4TC4LC4-CS LY12-CZ 材料Willenborg 模型该模型考虑了压缩载荷的加速作用和连续多个超载情况，且残余应力效应考虑了载荷的相互影响。
该模型引入有效应力的概念：()()max min eff eff effK K K Δ=−()()min max eff eff effR K K =该模型的裂纹扩展速率为：()d ,d eff eff a f K R N =Δ映射法则f 可为前述裂纹扩展量化描述模型中的任一函数形式。