三维疲劳裂纹扩展分析研究前沿与进展
三维裂纹扩展数值预报方法研究
三维裂纹扩展数值预报方法研究三维裂纹扩展数值预报方法是对裂纹扩展过程进行模拟和预测的一种重要研究内容。
裂纹扩展是材料疲劳、断裂等失效过程中的关键问题，对于材料的寿命预测和安全评估具有重要意义。
通过建立合适的数学模型和数值方法，可以准确地模拟和预测裂纹扩展过程，为工程实践提供技术支持。
在三维裂纹扩展数值预报方法研究中，需要考虑裂纹的形态、尺寸和扩展路径等因素，以更准确地模拟裂纹扩展过程。
目前，常用的三维裂纹扩展数值方法包括有限元方法、扩展有限元方法、位错力学方法等。
这些方法可以根据裂纹扩展的特性和材料本身的力学性质，来模拟裂纹的扩展行为和预测裂纹的发展方向。
有限元方法是一种常用的三维裂纹扩展数值预报方法，通过建立材料和结构的有限元模型，可以对裂纹扩展过程进行精确的模拟。
例如，采用XFEM（扩展有限元法）可以在有限元网格上自动插入和拓展裂纹，实现对裂纹扩展路径和形态的准确模拟。
此外，位错力学方法可以通过模拟晶格位错的运动和相互作用，来研究裂纹扩展时的位错活动和应变能释放过程。
除了数值方法，还需要考虑裂纹扩展数值预报方法的验证和应用。
针对不同材料和加载条件，需要进行实验验证和案例分析，来验证数值模拟的准确性和可靠性。
同时，将三维裂纹扩展数值预报方法应用于实际工程问题中，可以为材料设计和结构安全评估提供重要参考。
总的来说，三维裂纹扩展数值预报方法是一个重要的研究领域，对于材料科学和工程实践具有重要意义。
通过不断的理论研究和技术创新，可以提高裂纹扩展数值预报方法的准确性和可靠性，为实际工程问题的解决提供技术支持。
希望未来能够进一步深入研究三维裂纹扩展数值预报方法，推动材料科学和工程技术的发展。
基于裂纹闭合模型的三维裂纹疲劳扩展分析
根据模拟的结果发现,随着拉弯载荷中弯曲载荷所占比例的上升, 表面裂纹在深度方向和表面方向上的扩展速度下降,疲劳裂纹扩 展寿命上升,当表面裂纹穿透平板厚度时,裂纹的最终长度上升。 对于特定的拉弯组合载荷,不同初始形状比的半椭圆表面裂纹的 最终形状比均趋于一个固定值,这与纯弯曲载荷下得到的结果一 致。
基于裂纹闭合模型的三维裂纹疲劳扩 展分析
航空结构中存在大量的三维形式裂纹,如角裂纹,表面裂纹等。 对含有三维裂纹的结构进行疲劳裂纹扩展分析和疲劳寿命预测 在飞机结构损伤容限设计中至关重要。
然而,谱载荷下三维裂纹的疲劳扩展及寿命预测至今未能得到很 好的解决,原因在于用于进行疲劳扩展分析以及寿命预测的材料 疲劳性能参数均是根据标准疲劳实验数据获得的,而实际三维裂 纹尖端的三维应力状态不同于标准试验件中穿透裂纹尖端的应 力状态,因此现有的材料疲劳性能数据不能直接应用于三维裂纹 疲劳扩展及疲劳寿命分析。因此,本文基于三维疲劳断裂理论, 对三维疲劳裂纹扩展做了以下工作:1.基于有限元软件ABAQUS计 算了含穿透直裂纹有限宽度平板裂尖的应力强度因子,并得到了 裂尖应力强小,大大方便了在实际工程 结构中使用该模型。三维条带屈服模型考虑裂纹闭合效应,同时 能够考虑载荷间的相互影响,因此能够用于计算变幅载荷或谱载 荷下裂纹的疲劳扩展。
3.基于三维条带屈服模型提出了一个三维裂纹扩展模型,分析了 纯弯曲载荷下半椭圆表面裂纹的疲劳扩展和扩展过程中裂纹形 状演化规律,并将该结果与试验结果进行了对比。分析发现尽管 表面裂纹的初始形状比不同,但在裂纹扩展过程中裂纹的形状比 趋于一个固定值,且纯弯曲载荷和拉伸载荷下都存在该现象。
4.根据第四章提出的三维裂纹扩展模型,分析了不同初始形状比 的半椭圆表面裂纹在不同拉弯组合载荷作用下的疲劳扩展行为, 并预测了相应的疲劳裂纹扩展寿命。将基于三维裂纹扩展模型 模拟得到的半椭圆表面裂纹在纯弯曲和纯拉伸载荷下的扩展行 为和已有文献中的试验结果进行了对比,两者吻合较好,说明了 该模型能够有效预测拉伸、弯曲以及拉弯组合载荷下半椭圆表 面裂纹的疲劳扩展行为。
核工程中的材料疲劳和裂纹扩展研究
核工程中的材料疲劳和裂纹扩展研究材料疲劳和裂纹扩展是核工程中非常重要的研究方向。
在核工程领域，材料的疲劳行为和裂纹扩展特性是设计和运行核设施的关键因素，对于预测材料的劣化和寿命评估至关重要。
本文将从材料疲劳的基本概念入手，讨论材料的疲劳机制、裂纹扩展行为以及相关的试验方法和数值模拟技术。
一、材料疲劳基本概念材料疲劳是指在循环荷载下的材料破坏行为。
与单次加载不同，循环荷载下材料的应力和应变状态会周期性地变化，从而导致材料在应力集中区域形成微观缺陷，进而发展为裂纹，最终导致材料破坏。
材料疲劳是一种时间相关的过程，其破坏行为与循环次数、应力幅值、应力比、频率、温度等因素密切相关。
二、材料的疲劳机制材料的疲劳机制主要包括裂纹起源和裂纹扩展两个阶段。
裂纹起源是指在循环荷载下，材料表面或内部的缺陷或不均匀性发展为微裂纹。
不同材料的裂纹起源机制有所不同，常见的裂纹起源机制有金属材料的内裂纹起源和非金属材料的颗粒疲劳剥落。
裂纹扩展是指微裂纹在循环荷载下逐渐扩展，经过一定的扩展路径和时程，最终导致材料的破坏。
裂纹扩展的速率和路径是研究裂纹扩展行为的重要指标。
三、裂纹扩展行为研究方法为了研究材料的裂纹扩展行为，科学家们发展了一系列的试验方法和数值模拟技术。
目前常用的试验方法包括疲劳试验、疲劳裂纹扩展试验和疲劳裂纹扩展率试验等。
疲劳试验通过施加循环荷载来研究材料的疲劳行为。
疲劳裂纹扩展试验是通过在材料中人工引入裂纹，并施加循环荷载来观察和测量裂纹的扩展行为。
疲劳裂纹扩展率试验是通过测量裂纹的长度和循环次数来计算裂纹扩展速率和周期性扩展增长率。
数值模拟技术包括有限元方法、离散元方法、界面元方法等，可以对裂纹扩展行为进行分析和预测。
四、材料疲劳和裂纹扩展预测和评估预测材料的疲劳寿命和评估裂纹扩展行为是核工程中的重要任务之一。
疲劳寿命的预测可以通过试验数据的统计分析和寿命模型的建立来进行。
在核工程中，常用的疲劳寿命模型包括Wöhler曲线和巴斯克维尔方程等。
任意三维裂纹扩展分析
任意三维疲劳裂纹扩展分析1.前言在工程实际中，真实的结构总是存在众多缺陷或裂纹，对于一个含裂纹或缺陷的构件，多在其服役荷载远低于容许强度的情况下就发生了破坏。
实际工程结构在经受长时间多因素综合作用下，产生变形、裂纹等缺陷，从而导致整个结构的失效。
结构的失效主要由疲劳引起，其最终失效形式即为断裂，有大约80%以上的工程结构的断裂与疲劳有关，由疲劳引起的巨大经济损失及灾难性的后果不胜枚举。
我们通常不能仅仅因为某个构件出现了裂纹就简单的认为该构件不安全或不可靠，尤其是对于大型设备的重要构件，因为这将使企业耗费高昂的成本。
对于出现的裂纹，以往多采用以下几种处理办法：一是对出现裂纹的构件进行更换，这对于含裂纹但仍能工作的构件是一个巨大的浪费。
二是强行停止使用进行维修，这样会带来巨大的经济损失；三是冒险继续使用，但这样会带来巨大风险，甚至会造成人员伤亡。
所以，人们更想知道，出现的裂纹是否会在既定载荷（包括疲劳载荷在内的任意载荷）下扩展成不安全或失效的临界尺寸，因此，出现了疲劳裂纹扩展分析。
疲劳裂纹扩展分析是采用断裂力学的理论和方法对含裂纹等缺陷构件的失效过程进行分析，以评估产品的安全性和可靠性，可以进行损伤容限评估和剩余寿命预测等，已经在化工机械、飞行器、核工业等各个工程领域得到了广泛应用，并得到了世界各国政府及学术机构的重视。
2.疲劳裂纹扩展分析软件在工程实践中，疲劳裂纹扩展分析已成为评估产品性能、改良产品设计和提高服役寿命的一个重要工具。
目前，疲劳裂纹扩展分析主要有解析法和数值法这样两种方法，下面分别介绍这两种方法。
1）解析法解析法主要依据相应的规范和经验公式，将复杂的三维问题简化为二维问题，并对复杂的裂纹形状和荷载状态进行简化，然后用经验的方法对裂纹安全性进行评估。
但对于大量结构复杂的工程实际问题却无能为力，况且其简化后的分析准确度及是否真实逼近服役情况也值得探讨。
目前，工程上有几款基于解析法而开发的裂纹扩展分析软件，它们主要应用于航空标准结构的裂纹扩展分析，包括DARWIN、NASGRO、AFGROW等。
疲劳裂纹扩展的健康监测技术研究进展(二)2024
疲劳裂纹扩展的健康监测技术研究进展（二）引言概述：疲劳裂纹扩展是金属材料在长期受力作用下产生的一种破坏形式，对工程结构的安全性和可靠性具有重要影响。
因此，开展疲劳裂纹扩展的健康监测技术研究，对于提高工程结构的安全性和可维护性具有重要意义。
本文着重探讨疲劳裂纹扩展的健康监测技术研究进展，并从以下五个大点进行阐述。
一、无损检测技术在疲劳裂纹监测中的应用1. 超声波检测技术2. 磁控传感器技术3. 红外热成像技术4. 振动传感器技术5. X射线检测技术二、微小裂纹监测技术的研究进展1. 微小裂纹检测的难点与要求2. 光纤光栅传感器监测技术3. 微纳传感器监测技术4. 萤石磷光体监测技术5. 声发射技术在微小裂纹监测中的应用三、结构健康监测技术在疲劳裂纹扩展中的应用1. 动态应变测试技术2. 激光干涉技术3. 无线传感器网络技术4. 智能监测系统技术5. 基于云计算的健康监测技术四、机器学习在疲劳裂纹监测中的应用1. 数据采集与处理2. 特征提取和选择3. 分类算法与模型训练4. 监督学习和无监督学习方法5. 集成学习与深度学习技术五、新兴技术在疲劳裂纹健康监测中的前景和挑战1. 纳米技术在疲劳裂纹监测中的应用2. 多尺度监测技术的研究前景3. 多模态监测技术的发展趋势4. 生物启发式监测技术的潜力5. 疲劳裂纹健康监测中的可持续性及环保问题总结：疲劳裂纹扩展的健康监测技术研究正在不断取得突破，无损检测技术、微小裂纹监测技术、结构健康监测技术、机器学习技术和新兴技术的应用为疲劳裂纹的及时发现和有效监控提供了更先进的手段和方法。
然而，仍然存在一些挑战，如数据处理和算法优化等。
未来的研究重点应放在新兴技术的应用和发展趋势上，以提高疲劳裂纹健康监测的准确性、可靠性和可持续性。
复合材料疲劳裂纹扩展行为研究
复合材料疲劳裂纹扩展行为研究在现代工程领域，复合材料因其优异的性能而得到广泛应用。
然而，疲劳裂纹扩展行为是影响复合材料使用寿命和可靠性的关键因素之一。
对复合材料疲劳裂纹扩展行为的深入研究，对于保障结构的安全性和耐久性具有重要意义。
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料通过物理或化学方法组合而成的。
与传统单一材料相比，复合材料具有高强度、高刚度、良好的耐腐蚀性等优点。
但正是由于其复杂的成分和结构，使得疲劳裂纹的扩展行为更为复杂。
疲劳裂纹的产生通常源于材料内部的微观缺陷、制造过程中的残余应力或者在使用过程中的外部载荷作用。
在复合材料中，这些因素的相互作用使得裂纹的萌生和扩展机制变得多样化。
例如，纤维增强复合材料中的纤维与基体之间的界面性能、纤维的分布和取向等都会对疲劳裂纹的扩展产生显著影响。
研究复合材料疲劳裂纹扩展行为的方法多种多样。
实验研究是其中最直接和有效的手段之一。
通过对标准试样进行疲劳加载实验，可以获得裂纹扩展速率与应力强度因子范围之间的关系曲线。
在实验中，需要精确控制加载条件、测量裂纹长度的变化，并记录相关的数据。
同时，借助先进的观测技术，如电子显微镜、X 射线衍射等，可以对裂纹扩展过程中的微观结构变化进行详细分析。
除了实验研究，数值模拟方法也在复合材料疲劳裂纹扩展研究中发挥着重要作用。
有限元方法、边界元方法等可以建立复合材料的微观或宏观模型，模拟疲劳裂纹的扩展过程，并预测其寿命。
这些数值方法能够考虑材料的非均匀性、各向异性等特性，为深入理解裂纹扩展机制提供了有力的工具。
在研究复合材料疲劳裂纹扩展行为时，还需要考虑环境因素的影响。
例如，温度、湿度等环境条件会改变材料的性能，从而影响疲劳裂纹的扩展速率。
此外，加载频率、加载波形等加载条件也会对裂纹扩展行为产生不同程度的影响。
对于不同类型的复合材料，其疲劳裂纹扩展行为也存在差异。
例如，碳纤维增强复合材料和玻璃纤维增强复合材料在纤维类型、强度和刚度等方面有所不同，导致它们在疲劳性能上表现出各自的特点。
金属材料疲劳裂纹扩展研究综述
内容摘要
海洋钢结构在海洋环境中承受着复杂的力学环境和疲劳载荷。疲劳裂纹扩展 是导致其结构破坏的主要原因之一，因此，对海洋钢结构的疲劳裂纹扩展进行准 确预报具有重要意义。本次演示主要探讨一种单一扩展率曲线模型在海洋钢结构 疲劳裂纹扩展预报中的应用。
一、单一扩展率曲线模型
一、单一扩展率曲线模型
单一扩展率曲线模型是一种基于应力强度因子和应力循环次数的关系来预测 裂纹扩展的方法。它假定裂纹扩展速率仅与应力强度因子幅值和应力循环次数有 关，而与应力的其它参数如平均应力、应力比等无关。这种模型的优点是能够用 一条曲线来描述裂纹扩展的全过程，简洁直观。
4、金属材料疲劳裂纹扩展的应用领域和未来研究方向
未来研究方向主要包括以下几个方面：首先是深入研究金属材料疲劳裂纹扩 展的机理和影响因素，以进一步揭示其本质和规律；其次是发展更加准确、高效 的研究方法和技术手段，以更好地模拟和分析材料的疲劳裂纹扩展行为；第三是 加强针对不同约束条件下的裂纹扩展模型和实验方法的研究，以更好地应用于实 际工程中；最后是拓展金属材料疲劳裂纹扩展的应用领域，如智能材料、生物医 用材料等领域，以发挥其更加广泛的作用。
在几何约束条件下，裂纹扩展模型主要考虑材料的几何特征、裂纹形状和扩 展方向等因素。在物理约束条件下，需要考虑材料的物理性质、力学性能和化学 成分等因素对裂纹扩展的影响。在工程约束条件下，需要考虑实际工程中材料的 服役条件、载荷形式和工作环境等因素对裂纹扩展的影响。
3、基于不同约束条件下的裂纹扩展模型和实验方法
主体部分
1、金属材料疲劳裂纹扩展的机 理和影响因素
1、金属材料疲劳裂纹扩展的机理和影响因素
金属材料疲劳裂纹扩展的机理主要包括应力腐蚀、疲劳裂纹扩展和断裂力学 等。应力腐蚀主要指在应力和腐蚀介质共同作用下，材料内部产生微裂纹并逐渐 扩展的现象。疲劳裂纹扩展则是在循环载荷作用下，材料内部初始裂纹发生疲劳 扩展的过程。断裂力学则是从材料的力学性能出发，研究裂纹扩展的规律和预测 材料的断裂行为。
ALOF系统-新一代三维疲劳裂纹扩展分析软件
ALOF系统-新一代三维疲劳裂纹扩展分析软件ALOF全称为Analyses Laboratory of Fracture，意为一个面向疲劳断裂过程的仿真实验室。
它以断裂力学为基础，对含缺陷构件进行模拟分析，为断裂失效分析专家提供科学数据和判断。
ALOF采用目前世界上最先进的裂纹扩展计算技术(扩展有限元技术XFEM和虚节点多边形有限元法VNM)，由数位具有机械工程和计算力学专业背景的留洋博士、中外籍教授团队历时四年开发而成。
目前，ALOF软件被由洞力公司开展专业的研发、市场推广与商业化运作。
ALOF可以准确预测静载荷或疲劳载荷作用下裂纹行为，确定工程结构损伤容限，为完整性与耐久性分析提供依据，进而指导制定装备的维护方案。
2006年以来，ALOF分析的可靠性已经在广泛的工程实践和学术研究中得到了证实，为中国首款三维裂纹建模和扩展分析软件。
众所周知，3D裂纹扩展的有限元模拟一直是工程界的一个难题，其困难主要有两个。
一、裂纹扩展后物体的边界形状发生改变，必须重新建立CAD和CAE模型；二、裂纹尺寸相对较小而尖端的应力场却非常奇异，一般的网格密度无法得到可靠的结果。
个别软件虽然通过裂纹修正网格的方式实现了简单形状（结构化网格）产品的裂纹扩展，但因仅接受六面体网格，无法处理复杂形状的结构。
ALOF采用XFEM 技术和VNM两项关键技术，克服了3D裂纹扩展的两个难题，真正实现了复杂工程结构和复杂形状裂纹的全自动高效模拟计算。
ALOF是目前市场上的商业软件中，唯一一个使用了XFEM技术和VNM技术模拟裂纹扩展与预测疲劳寿命的软件。
ALOF具有强大的完全独立的可视化建模器、内核求解器以及后处理器，而且提供了与主流CAD、CAE软件的接口，不但可以进行传统的弹塑性分析，也可以进行二维、三维的裂纹扩展模拟。
ALOF的典型应用领域：高速列车核工业航空宇航国防军工能源动力化工机械工程机械船舶海洋土木结构……ALOF应用举例：任意形状的无缺陷产品预测疲劳寿命和检修周期；任意形状含缺陷产品安全性评估和剩余寿命的计算；任意工业结构及装备中裂纹尺寸进行参数化研究；确定给定寿命下的最大裂纹尺寸；确定给定裂纹张开面积（COA）下的最大裂纹尺寸；失效事故裂纹扩展过程的追溯；……模型生成：导入任意形状的CAD模型；导入任意形状的裂纹曲面；一键式生成疏密合理的二维、三维网格；导入其他CAE软件的网格和计算结果；基于ALOF专有的VNM技术，在裂纹扩展前缘自适应加密；高效的网格松弛技术，保证裂纹分析时较小的单元量；高效直观的材料、荷载建模器。
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破坏断口测量
原位SEM疲劳实验
裂纹起裂于和穿过气孔的直接证据
(a) 裂纹进入气孔，钝化 (b) 气孔严重变形，起裂 (c) 气孔变形，并裂于气孔
(d) 气孔变形，并裂于气孔 (e) 多裂纹并发起裂扩展 (f) 多个裂纹面切割气孔
必须深入揭示气孔致裂纹萌生和扩展机理！ SELF-ASSESSMENT REPORT FOR THE ASSESSMENT OF UNDERGRADUATE TEACHING
1. 高速列车基础结构-研究背景
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背景-技术整体
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HFP-5000高频 • 预制裂纹：16KN 疲劳试验机 • 实验荷载：12KN
MTS-809液压伺 服多功能试验机
• 最大动载：50kN
13W线站实验室
SELF-ASSE•S频SM率E：NT60R-E30P0OHRzT FOR THE ASSESSMENT OF UNDERGRADUATE TEACHING
背景-齿轮及箱体
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背景-小缺陷终将酿成大事故
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疲劳短裂纹机制和长裂纹扩展行为
工程材料的损伤累积致断裂失效行为对于改进 工艺设计与准确预测构建寿命具有重要意义。
传统的基于切片的OM和SEM等方法仅能获得 露出表面的疲劳裂纹，而内部气孔、第二相粒子、 夹渣、组织等引起的三维疲劳裂纹扩展及其耦合行 为与表面完全不同，且更为主要和重要。
高精度、高亮度、高准直的第三代同步辐射X 射线成像术使得人们能够深入到材料内部，准确探 测疲劳损伤和断裂的行为及其演变规律！
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多裂纹 主裂纹
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裂纹扩展速率为4.0×10E-5mm/次，据此判断接头中裂纹已处于快 速扩展阶段，至262884次时瞬断破坏。
原SE位LF-疲ASS劳ESS样ME约NT R为EP传ORT统FO试R T样HE 寿ASS命ESS5M倍ENT，OF前UN者DE试RGR样AD尺UAT寸E T小EA，CHI缺NG 陷概率小
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高端成果之四
团队：Ludwig W，Reischig P，King A et al（法国） 材料：亚稳态β钛合金，晶界析出第二相 目标：原位成像材料变形中晶粒形貌和取向 发表：Rev Sci Instrum 80（2009）033905-1-9 线站：法国ESRF，BL-ID19 尺寸：0.6 mm圆棒 参数：分辨率0.56μm，能量40 keV 结论：提出一个新的三维晶粒形貌与取向的“X射线衍射 衬度成像（DCT）”技术，为未来揭示疲劳裂纹萌生与 微观组织结构之间的关系提供了潜在的强大工具
背景-小缺陷终将酿成大事故
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2. 基于常规疲劳实验的破坏机制与寿 命的探索研究
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高端成果之五
团队：Zhang H，Toda H，Qu PC et al 材料：铸造Al-Mg-Si 目标：原位疲劳，揭示裂纹扩展相关特性 发表：Acta Mater 57（2009）3287-3300 线站：日本Spring-8，BL-20XU 尺寸：半径0.1 mm的SEN样，切取0.6×0.6 ×12 mm³ 参数：分辨率0.47μm，能量20 keV，4000×2624 CCD 结论：裂纹发生重叠和分叉后，主裂纹的增长速率降 低；主裂纹遇到扭转的晶界后易重叠；由于裂纹尖端屏 蔽效应，分叉后长裂纹段的扩展快于短裂纹段；
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高端成果之六
团队：Toda H，Masuda S，Batres R et al 材料：压铸Al-7Mg-0.3Si，T6状态 目标：原位疲劳，揭示“气孔对”对裂纹萌生和寿命影响 发表：Acta Mater 59（2011）4990-4998 线站：日本Spring-8，BL-47XU 尺寸：0.4×0.6×0.6 mm³ 参数：分辨率0.50μm，能量20 keV，4000×2624 CCD 结论：次表面密集分布的气孔是裂纹萌生主因，尤其是 气孔对的平均直径及气孔对到样品表面平均距离是控制 疲劳裂纹萌生和寿命的主要因素
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代表成果之三
团队：Toda H，Yamamoto S，Kobayashi M et al 材料：Al-Si-Mg与含25.6%Si的双相铝合金 目标：原位拉伸，测定CTOD作为裂纹驱动参数 发表：Acta Mater 56（2008）6027-6039 线站：日本Spring-8，BL-47XU 尺寸：预制0.3 mm的SEN样，切取0.6×0.6 ×11 mm³ 参数：分辨率0.47μm，能量20 keV，4000×2624 CCD 结论：提出一个新的混合型裂纹尖端的定义方法以测定 CTOD评定裂纹扩展驱动性；材料变形中，裂纹尖端区 域形成的空穴发生了聚合
蜀道难难于 上青天！
复合焊接优点： 激光焊 a、能源利用率高
激光-电弧复合焊
电弧焊
搅拌摩擦焊
b、焊接速度快
1000μm
c、焊缝熔深大
d、柔性好
SELF-ASSESSMENT REv=PO5R.0T mFO/RmTiHnE ASSEvS=S8M.0ENmT/OmFiUnNDERGvR=A4D.0UmAT/EmTiEnACHING v=0.05 m/min
运载工具中的制造
常规弧焊高强铝合 金的主要不足：
焊接变形大 焊接效率低 接头软化严重 气孔多且难避免
0.2 mm
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先进焊接工艺
激光-电弧复合焊
搅拌摩擦焊（FSW）
基于表明的裂纹长度测量
136334次 182703次
10次时，裂纹先缺陷尖端产生， 至13000次不扩展；至63383次裂 纹起于表面划痕，总长已300μm da/dN=0.8×10E-6mm/次，近门槛
da/dN=5.6×10E-6mm/次
裂纹稳定扩展阶段，但表现 为多个裂纹并发模式
142700次 189148次
寿命评价方法与区间
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3. 基于先进μCT的疲劳损伤演变和裂 纹萌生机制的研究
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基于表明的裂纹长度测量
Pmax=0.60σ0.2Ao，频率10Hz，应力比R=0.1
(a) 裂纹并发及遮蔽效应 (b) 裂尖前沿区域二次裂纹 (c) 裂纹变向与分叉
(d) 裂纹萌生于表面划痕 (e) 裂纹汇合及穿过缺陷 (f) 裂纹沿弱晶界穿过
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国内外研究概况
两大阵营： • 法国Buffière JY组，基于ESRF上的BLID19 • 日本Toda T组，基于Spring-8上的BL47-XU • 其他组：德国和美国，各有一篇文章发表 均质材料：6061、2027、2024、Al-Si-Mg、Al-Mg-Si， 热轧7000系铝合金、等温球墨铸铁、Ti-6Al-4V等 重构工具： Amira、 VGstudio、Avizo、ImageJ等 成果发表：95%以上的发表在《Acta Mater》
背景-焊接车体
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背景-高速转向架
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代表成果之二
团队：Buffière JY，Ferrie E，Proudhon H et al 材料：Al-Li合金，细晶尺寸约1μm（模拟长裂纹） 目标：同步式侦测自然和人造缺陷致裂纹萌生 发表：Mater Sci Tech 22（2006）1019-1024（综述） 线站：欧洲光源ESRF，BL-ID19 尺寸：1.0×1.0×1.4 mm³ 参数：分辨率0.7μm，能量30 keV，2048² CCD 结论：总结了基于μCT的裂纹萌生和扩展机制研究的 关键技术和设备，考察了微观组织短裂纹和长裂纹萌生 （气孔类等缺陷）及扩展机制（晶界影响形貌及速率）