材料裂纹的产生及扩展的原因分析

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裂纹原因分析报告

裂纹原因分析报告

裂纹原因分析报告1. 背景介绍裂纹是物体表面或内部出现的细微断裂,可能会导致物体的破坏或失效。

在工程领域中,对于裂纹的原因分析十分重要,以便采取适当的措施来预防和修复裂纹。

本文将通过一系列步骤,对裂纹的原因进行分析,并提供解决方案。

2. 数据收集在进行裂纹原因分析之前,需要收集相关的数据和信息。

这些数据可以包括物体的历史记录、使用环境、操作条件、材料特性等。

通过收集充分的数据,可以更好地理解裂纹形成的背景和条件。

3. 观察和检测观察和检测是裂纹原因分析的关键步骤之一。

需要对物体进行仔细的观察,并使用适当的检测工具来检测裂纹的形态和位置。

这可能包括使用显微镜、探伤仪器或其他非破坏性检测方法。

4. 裂纹形态分析在观察和检测的基础上,对裂纹的形态进行分析。

裂纹的形态可以提供有关裂纹的起源和扩展方式的重要线索。

需要注意裂纹的长度、深度、形状以及是否存在支裂纹等特征。

5. 材料分析裂纹的形成和扩展通常与材料的性质和特性有关。

在这一步骤中,需要对裂纹周围的材料进行分析。

可以对材料的组成、硬度、强度等进行测试,以确定是否存在材料缺陷或异常。

6. 应力分析裂纹的形成和扩展与物体所受的应力有关。

在这一步骤中,需要对物体受力情况进行分析。

可以使用有限元分析等方法,计算和模拟物体在不同应力条件下的行为,以确定裂纹可能的起因。

7. 环境分析物体所处的环境条件也可能对裂纹的形成起到一定的影响。

在环境分析中,需要考虑温度、湿度、腐蚀性物质等因素。

通过分析物体所处的环境条件,可以确定裂纹形成的环境因素。

8. 结果总结通过以上步骤的分析,可以得出裂纹形成的可能原因。

根据分析结果,可以制定相应的解决方案。

可能的解决方案包括材料更换、改变使用条件、增加支撑结构等。

9. 结论裂纹原因分析是预防和修复裂纹的重要步骤。

通过收集数据、观察和检测、裂纹形态分析、材料分析、应力分析和环境分析等步骤,可以找到裂纹形成的原因,并采取相应的措施来解决问题。

混凝土裂纹扩展原理

混凝土裂纹扩展原理

混凝土裂纹扩展原理一、概述混凝土裂纹扩展是混凝土结构中常见的问题之一,其产生的原因包括荷载作用、温度变化、湿度变化、材料老化等多种因素。

混凝土裂纹扩展的严重程度会对混凝土结构的安全性和使用寿命产生重大影响。

因此,了解混凝土裂纹扩展的原理对于混凝土结构的设计、施工和维护都具有重要的指导意义。

二、混凝土的材料性质混凝土是一种由水泥、骨料、粉煤灰等材料混合而成的复合材料,其材料性质包括力学性质、物理性质和化学性质等多个方面。

1.力学性质混凝土的力学性质包括抗拉强度、抗压强度、弹性模量、剪切强度等。

其中,抗拉强度是混凝土的薄弱环节,一旦受到拉力就容易发生裂纹。

混凝土的抗拉强度一般只有其抗压强度的1/10左右。

2.物理性质混凝土的物理性质包括密度、吸水性、渗透性等。

混凝土的密度一般在2200-2500kg/m³之间,吸水性和渗透性较强,容易受到水分的影响而发生变化。

3.化学性质混凝土的化学性质与水泥的化学性质密切相关。

水泥与水反应生成水化产物,使混凝土硬化。

但是,水化反应是一种放热反应,会产生热量,如果热量不能及时散发出去,就会导致混凝土内部温度升高,从而产生内部应力,加速混凝土的老化和开裂。

三、混凝土的裂纹形成机理混凝土结构中的裂纹主要来源于以下几个方面:1.荷载作用混凝土结构在使用过程中,由于荷载作用,内部会产生应力,如果荷载超过混凝土的承载能力,就会产生裂纹。

荷载作用是混凝土结构裂纹形成的主要原因之一。

2.温度变化混凝土结构在温度变化过程中,由于热胀冷缩,内部会产生应力,从而导致裂纹的形成。

温度变化是混凝土裂纹形成的另一个主要原因。

3.湿度变化混凝土结构在湿度变化过程中,由于水分的吸附和释放,内部会产生应力,从而导致裂纹的形成。

湿度变化也是混凝土裂纹形成的一个重要原因。

4.材料老化混凝土结构在使用过程中,由于材料老化,其强度和韧性会逐渐降低,从而导致裂纹的形成。

材料老化是混凝土裂纹形成的另一个重要原因。

裂纹扩展的基本形式

裂纹扩展的基本形式

裂纹扩展的基本形式裂纹扩展是材料在受外力作用下发生应力集中导致裂纹出现,并随着外力的继续作用而扩展的现象。

在材料的设计和极限状态的评估中,裂纹扩展行为是非常重要的考虑因素。

1.静态裂纹扩展:在静态加载(恒定荷载或较低的加载速率)下,裂纹产生并快速扩展,材料发生失效。

静态裂纹扩展的速率较慢,通常以数毫米至数厘米为单位。

一般情况下,静态裂纹扩展是裂纹疲劳失效的前期过程。

2.疲劳裂纹扩展:在交变荷载循环加载下,由于应力集中,材料开始出现裂纹并随着荷载循环的进行而扩展,最终导致材料失效。

疲劳裂纹扩展速率一般较快,依赖于加载频率、应力幅值和裂纹尺寸等因素。

疲劳裂纹扩展还受到材料的韧度和强度等机械性能的影响。

3.脆裂纹扩展:脆材料在受载时,会突然发生大幅度的扩展,形成明显的裂纹,称为脆裂纹扩展。

脆裂纹扩展速率很快,可能在无明显预警的情况下突然失效。

脆裂纹扩展往往发生在温度较低的环境中,如低温下的金属结构。

4.粘性裂纹扩展:粘性材料在受到荷载后,由于材料内部的粘滞特性,裂纹扩展速率较慢,并出现较大的能量消耗。

粘性裂纹扩展过程中的材料变形和裂纹面上的摩擦阻尼会导致能量损耗,降低裂纹扩展速率。

粘性裂纹扩展常发生在高温材料中,如高温合金。

裂纹扩展还可以按照裂纹形态分类。

常见的裂纹形态有直线型、曲线型和分叉型等。

直线型裂纹扩展速率较快,通常发生在高强度的材料中。

曲线型裂纹扩展速率较慢,常发生在韧性材料中。

分叉型裂纹扩展在材料受到复杂应力状态作用下产生,扩展速率较快且不稳定。

总之,裂纹扩展的形式多种多样,不同材料在不同加载条件下呈现出不同的裂纹扩展特征。

准确理解裂纹扩展形式对材料的设计和工程实践具有重要意义,有助于预测和控制材料失效。

裂纹原因分析报告

裂纹原因分析报告

裂纹原因分析报告1. 引言本报告旨在对裂纹产生的原因进行分析和解释。

通过对裂纹的形成机制、材料特性、工艺参数等方面的研究,对裂纹的产生原因进行归纳总结,并提供相应的解决方案。

2. 裂纹的定义裂纹是指材料中的断裂缝隙,通常由于外部力、热膨胀或其他因素引起。

裂纹的存在对材料的性能和使用寿命都会产生重大影响,因此对裂纹的原因进行深入研究具有重要意义。

3. 裂纹的分类根据裂纹的形态和产生原因,裂纹可以分为以下几种类型:3.1 表面裂纹表面裂纹是指在材料表面形成的裂纹,通常由于外部力或疲劳等因素引起。

表面裂纹的主要特点是易被观察到,并且对材料的疲劳寿命影响较大。

3.2 内部裂纹内部裂纹是指在材料内部形成的裂纹,通常由于材料内部的缺陷或应力集中等因素引起。

内部裂纹的存在对材料的强度和韧性产生较大影响。

3.3 焊接裂纹焊接裂纹是指在焊接过程中产生的裂纹,通常由于焊接材料和基材的热膨胀系数不匹配或焊接过程中的应力集中等因素引起。

焊接裂纹的存在对焊接接头的强度和密封性产生重要影响。

4. 裂纹产生的原因裂纹产生的原因复杂多样,以下列举了几个常见的原因:4.1 材料特性材料的特性是裂纹产生的重要原因之一。

例如,材料的强度、韧性、热膨胀系数等特性会直接影响裂纹的形成和扩展。

如果材料强度较低或韧性较差,则裂纹很容易形成并扩展。

4.2 外部力外部力是裂纹产生的常见原因之一。

当材料受到外部力的作用时,会产生应力集中,从而导致裂纹的形成。

例如,弯曲、拉伸、压缩等外部力都可能引起裂纹的产生。

4.3 工艺参数工艺参数是影响裂纹产生的重要因素之一。

例如,焊接过程中的温度、焊接速度、焊接压力等参数都会对焊接接头的质量产生重要影响。

如果工艺参数设置不当,就会导致焊接裂纹的产生。

4.4 环境条件环境条件是裂纹产生的重要因素之一。

例如,温度变化、湿度变化等环境条件的改变都可能引起材料的热膨胀或收缩,从而导致裂纹的形成。

此外,化学腐蚀等环境因素也会加速裂纹的扩展。

裂缝产生的原因及处理方法

裂缝产生的原因及处理方法

裂缝产生的原因及处理方法
裂缝产生的原因及处理方法如下:
一、裂缝产生的原因
1.温度变化:由于温度变化导致的热胀冷缩,会使墙面、地面等
处出现裂缝。

这种情况下,要请专业人员评估并修复裂缝,防止其扩大。

2.施工不当:施工过程中的一些问题,如材料使用不当、施工工
艺不规范等,都可能导致裂缝的产生。

3.建筑物的沉降:由于地基处理不当或外力影响,建筑物的沉降
也可能导致裂缝的产生。

4.建筑材料问题:如果使用的材料质量不好,或者材料之间的兼
容性不好,也可能导致裂缝的产生。

二、裂缝的处理方法
1.表面修复法:对于一些较小的裂缝,可以采用表面修复的方法。

例如,可以用水泥、石膏等材料对裂缝进行填充,然后对表面进行处理,使其看起来更加美观。

2.注浆法:对于一些较大的裂缝,可以采用注浆的方法。

具体来
说,就是将水泥浆或其他适当的填充物注入到裂缝中,然后通过压力使填充物硬化并填补裂缝。

3.加固法:对于一些非常严重的裂缝,可能需要采用加固的方法。

例如,可以在裂缝周围增加钢筋网,或者在墙体内部增加支撑,以增强结构的稳定性。

4.拆除重建:如果裂缝非常严重,或者由于建筑物的沉降等原因
导致裂缝无法修复,那么可能需要拆除重建。

总之,对于不同类型的裂缝,需要采用不同的处理方法。

在处理裂缝之前,一定要仔细评估裂缝的性质和严重程度,以便选择最合适的方法进行处理。

同时,也要注意施工安全和质量,避免因操作不当而导致更大的损失。

碳钢焊接裂纹产生的原因及预防措施

碳钢焊接裂纹产生的原因及预防措施

碳钢焊接裂纹产生的原因及预防措施碳钢焊接是工程行业常见的一种焊接方式,但在实际操作中,碳钢焊接裂纹的产生是一个比较常见的问题。

裂纹不仅会影响焊接件的整体质量,还会导致安全隐患,因此我们有必要对碳钢焊接裂纹的产生原因进行深入了解,并采取相应的预防措施,以最大程度地避免碳钢焊接裂纹的产生。

碳钢焊接裂纹产生的原因:1. 焊接残余应力:在焊接过程中,焊接区域产生了残余应力,这些残余应力会使焊缝区域发生形变,从而导致裂纹的产生。

2. 焊接材料内部结构缺陷:碳钢焊接材料本身存在内部结构缺陷,比如夹杂物、气孔等,这些缺陷会成为裂纹的起始点,导致裂纹进一步扩展。

3. 焊接温度过高或过低:焊接温度过高会导致焊接材料过热,从而引发晶界腐蚀和变形;而焊接温度过低则会使焊接材料发生脆化,增加了裂纹的产生风险。

4. 焊接残余氢元素:在焊接过程中,如果残余氢元素过多,会导致焊接区域发生氢脆,进而引发裂纹的产生。

5. 焊接速度不均匀:焊接速度不均匀会导致焊接区域产生温度梯度,从而引发焊接残余应力,增加了裂纹的产生风险。

碳钢焊接裂纹的预防措施:1. 合理控制焊接残余应力:采用合适的焊接工艺参数,减小焊接残余应力,比如采用低氢电极焊接,采用后继焊接对残余应力进行消除等。

2. 做好焊接材料预处理工作:在焊接前,对焊接材料进行预处理,包括除去氧化膜、清除油污等,以减少内部结构缺陷的存在。

3. 控制焊接温度:采用适当的焊接温度,避免焊接温度过高或过低,减少焊接材料的脆化风险。

4. 降低残余氢含量:采用低氢电极、预热焊接材料、热后处理等措施,降低焊接区域的残余氢含量。

5. 均匀控制焊接速度:控制焊接速度的均匀性,减小温度梯度,避免焊接残余应力的产生。

碳钢焊接裂纹的产生原因主要包括焊接残余应力、焊接材料内部结构缺陷、焊接温度过高或过低、焊接残余氢元素和焊接速度不均匀等因素。

为了预防碳钢焊接裂纹的产生,我们应该采取合理控制焊接残余应力、做好焊接材料预处理、控制焊接温度、降低残余氢含量和均匀控制焊接速度等措施。

开裂分析报告

开裂分析报告

开裂分析报告1. 引言开裂是指在材料或结构中出现裂纹或裂缝的现象。

开裂可能会导致材料强度下降、失去使用价值甚至发生事故。

因此,对于开裂的分析和研究具有重要意义。

本文将对开裂的原因、分类和解决方法进行分析,并提供相关案例作为参考。

2. 开裂原因开裂的原因可以分为内部因素和外部因素。

2.1 内部因素内部因素是指与材料本身的特性和结构有关的因素,主要包括以下几个方面:•缺陷:材料中的缺陷是引起开裂的主要原因之一。

常见的缺陷包括气孔、夹杂物和非金属夹杂物等。

•组织不均匀性:材料的组织不均匀性会导致应力集中,从而引起开裂。

例如,晶体结构的缺陷、晶界的错位和位错等。

•内应力:材料内部存在的应力也是导致开裂的原因之一。

内应力可以由工艺过程、热处理、冷却速率等因素引起。

2.2 外部因素外部因素是指与材料外部环境、加载条件等有关的因素,主要包括以下几个方面:•温度变化:温度的变化会导致材料的膨胀和收缩,从而引起开裂。

•湿度变化:湿度的变化会导致材料的膨胀和收缩,同时也会发生腐蚀和氧化反应,从而引起开裂。

•加载条件:过大的载荷或不均匀的加载会引起材料内部的应力集中,从而引发开裂。

3. 开裂分类根据开裂的形态和性质,开裂可分为以下几种类型:3.1 动态开裂动态开裂是指在材料或结构受到动态加载时出现的裂纹。

动态加载包括冲击、振动和爆炸等。

动态开裂的特点是裂纹扩展速度较快。

3.2 静态开裂静态开裂是指在材料或结构受到静态加载时出现的裂纹。

静态加载包括静力加载和恒定载荷等。

静态开裂的特点是裂纹扩展速度较慢。

3.3 磨损开裂磨损开裂是指材料或结构在与其他物质的接触和摩擦过程中出现的裂纹。

磨损开裂的特点是裂纹形态多样,可以呈现为刮擦、疲劳和磨耗等形式。

4. 开裂解决方法针对不同类型的开裂,可以采取不同的解决方法:•提高材料质量:通过加强材料的制造工艺和质量控制,减少内部缺陷和组织不均匀性,以提高材料的抗裂性。

•减小应力集中:通过设计合理的结构,在可能产生应力集中的位置采取措施,例如添加过渡区域、使用锥度结构等,以减小应力集中。

混凝土结构中裂纹产生的原因及处理方法

混凝土结构中裂纹产生的原因及处理方法

混凝土结构中裂纹产生的原因及处理方法一、前言混凝土结构的裂纹是常见的问题,其产生的原因有很多,如温度变化、荷载作用、材料性能等等。

裂纹的存在不仅会影响建筑物的美观度,还会影响其承载力和使用寿命。

因此,对于混凝土结构中裂纹的产生原因及处理方法进行研究具有重要意义。

二、混凝土结构中裂纹产生的原因1、温度变化:混凝土结构在温度变化的作用下,由于不同材料的线膨胀系数不同,会引起结构的变形,从而产生裂纹。

2、荷载作用:混凝土结构在受到荷载作用时,由于混凝土的弹性模量较小,较容易发生变形,从而引起裂纹的产生。

3、材料性能:混凝土结构中如果使用的水泥、骨料等材料质量不好,或者掺杂了一些有害物质,就会降低混凝土的强度和耐久性,从而容易引起裂纹的产生。

4、施工工艺:混凝土结构的施工工艺也是影响裂纹产生的重要因素。

如果施工不规范,如振捣不均匀、浇注速度过快等,就会引起混凝土内部的温度和应力不均衡,从而导致裂纹的产生。

三、混凝土结构中裂纹的处理方法1、预防措施预防措施是避免裂纹产生的最好方法。

具体措施如下:(1)控制混凝土的水灰比,保证混凝土的强度和耐久性。

(2)选择质量好的材料,避免掺杂有害物质。

(3)控制温度和湿度,在混凝土浇注和养护过程中,要控制温度和湿度,防止混凝土内部的温度和应力不均匀,从而导致裂纹的产生。

(4)选择合适的施工工艺,规范施工流程,保证混凝土的振捣均匀,浇注速度适中,避免混凝土内部的应力不均衡。

2、修补处理如果混凝土结构已经产生了裂纹,需要进行修补处理。

具体方法如下:(1)表面裂纹的修补:表面裂纹较浅,可以采用填缝材料进行修补。

填缝材料应选择附着力强、耐久性好的材料,如环氧树脂等。

(2)深度裂纹的处理:深度裂纹较深,需要进行破损处理。

先将裂纹部位清理干净,然后采用浇注或打孔灌浆的方法进行修补。

(3)局部破损的处理:局部破损可以采用局部修补的方法,先清理破损部位,然后在破损处涂抹修补材料,保证修补材料与原材料的粘结力和硬度相同。

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材料疲劳裂纹的产生及影响裂纹扩展的因素摘要:文中通过对疲劳裂纹的研究,全面分析了疲劳裂纹的产生,交变应力,表面状态,载荷形式,化学成分,夹杂物等对疲劳产生的影响;分析了影响疲劳裂纹扩展的因素,载荷,腐蚀环境,热疲劳,温度对疲劳裂纹扩展的影响机理,论述了其影响效果,对进一步研究分析裂纹的产生,防止裂纹进一步扩展,提高材料的寿命有一定的帮助。

关键词:疲劳裂纹 ; 疲劳裂纹扩展Abstract: In this paper, through the study of fatigue crack, and making a comprehensive analysis of the fatigue crack produces, alternating stress, the surface, and the load form, chemical composition, inclusion has effect on the fatigue; Analyzing the effect of fatigue crack growth’s factors. and the load, corrosive environment, thermal fatigue, temperature have influence on the fatigue crack propagation, It is a great help to study further the fatigue, prevent crack further expanding, and improve the life of the materials .Keyword:fatigue crack ; fatigue crack growth1 引言机械零件在交变压力作用下,经过一段时间后,在局部高应力区形成微小裂纹,再由微小裂纹逐渐扩展以致断裂。

疲劳破坏具有在时间上的突发性,在位置上的局部性及对环境和缺陷的敏感性等特点,故疲劳破坏常不易被及时发现且易于造成事故。

由于各种原因导致疲劳裂纹的产生和扩展,最终导致材料的断裂而引发事故,因而有必要对材料裂纹的产生与扩展进行综合分析,下面是对金属疲劳产生的影响因素及裂纹的扩展影响因素进行的研究分析。

2 材料疲劳裂纹的产生当材料受到小于屈服强度的交变应力时,会产生疲劳问题,即在疲劳源附近,发生裂纹的萌生和扩展,随着裂纹的扩大,结构最后发生断裂。

裂纹的产生和扩展是由局部的应力集中产生的。

防止方法,对于表面裂纹,可以尽量磨光表面,减少初始疲劳源,也可以采用表面预压的方法,如喷丸。

对于内部的,则应该注重材料的性能,减少夹杂、松孔,如把空气中铸造的改成真空铸造,精细铸造,或换成锻造,精锻。

也可以利用一些热处理,减小材料内部的残余应力或不均匀力等,或改变局部的硬度。

由于疲劳裂纹经常从零构件的表面开始,所以金属零构件的表面状态对疲劳强度会有显著的影响。

这里所指的表面就是表面加工光洁度、表面层的组织结构及应力状态等。

大量的试验研究结果表明,表面光洁度对疲劳强度有较大的影响,因为零构件经表面加工后所引起的表面缺陷是应力集中的因素。

特别是对高强度材料,表面稍有缺陷,就常成为极危险的尖锐缺口,这是疲劳源的所在地。

载荷形式( 弯曲、轴向或扭转) 对疲劳强度有一定影响。

大量的实验结果表明,在应力幅度相同时,弯曲疲劳的寿命大于轴向疲劳寿命;在给定的疲劳寿命时,轴向疲劳应力幅度小于弯曲疲劳的应力幅度,这种现象在高应力低周疲劳中更加明显。

出现这种矛盾的原因是存在应变梯度、体积效应、循环应变硬化和软化,以及表面裂纹萌生后裂纹扩展的不同。

由此可推想到旋转弯曲疲劳寿命也应当小于反复弯曲疲劳寿命。

旋转弯曲试样表面的所有材料,在不同的时间内,均能受到最大应力作用;而反复弯曲试样只有上部和下部的最外层能承受到最大应力,相比之下,旋弯试样出现裂纹的几率大,寿命短。

在对称循环载荷下,得到的S—N 曲线是基本S—N 曲线,然而在构件设计中,载荷往往并非对称循环,即平均应力不一定等于零。

因此,要考虑到平均应力对于材料疲劳性能的影响。

一般说来,在应力幅相同的情况下,拉伸平均应力使疲劳强度和寿命降低,而压缩平均应力产生的影响则比较有利。

图1 平均应力对疲劳寿命的影响化学成分也直接影响材料的疲劳特性,因为原子间的化学结合力的性质及强度决定材料的强度及韧度的可能变动范围。

一切金属及合金都受疲劳的支配。

对于所有金属,疲劳强度指数及疲劳韧度指数的可能范围大致都是相同的。

但是,疲劳强度系数及疲劳韧度系数的可能范围却视金属的不同而有很大变化。

化学成分由于变更结构或影响某一硬化程序的有效性,因而也间接地影响疲劳特性。

夹杂物和缺陷对疲劳强度的影响是多年来许多学者悉心研究的重要课题,特别是中、高强钢或高硬度钢,夹杂物和缺陷对疲劳强度的影响更加显著。

钢材中总是存在有各种各样的缺陷和夹杂物,它们周围应力分布的不均匀对疲劳裂纹萌生和早期扩展有重要作用,也是引起应力集中的原因之一,对疲劳强度影响很大。

3 影响疲劳裂纹扩展的因素3.1 载荷对疲劳裂纹扩展的影响3.1.1 残余应力对疲劳裂纹扩展的影响残余应力模型中,在加载过程中裂纹张开,裂纹尖端附近形成一个塑性区,载荷峰值越大,则塑性区尺寸就越大:卸载后,由于塑性区周围的弹性区材料要恢复原来的尺寸,为了保持变形协调,已产生了永久变形的塑性区内的材料就要受到周围弹性区的压缩而产生残余压应力。

残余应力对结构的实有应力分布有很大的影响,残余压应力使疲劳裂纹的扩展减缓。

残余应力对疲劳裂纹扩展的影响:(1)残余压应力使裂纹的两个面压紧,从而使裂纹闭合;(2)降低了裂纹的最大应力强度因子,使裂纹扩展驱动力降低。

3.1 .2超载对疲劳裂纹扩展的影响在裂纹尖端残余应力的基础上,过载使裂纹尖端形成大塑性区,而塑性区阻碍裂纹增长,使裂纹产生停滞效应。

施加过载时,裂纹尖端产生较大的残余拉应变,过载后,在随后的恒定△K作用下逐渐卸载过程中,因裂尖已形成残余拉应变,使裂纹尖端过早闭合,会产生裂纹的闭合效应,从而裂纹尖端实际的应力强度因子比实际外加值△K小,所以延缓裂纹扩展速率。

有机玻璃中,超载导致裂纹前缘严重钝化和不规则,裂纹迟滞扩展的过程实际上是从钝化的裂纹前缘重新萌生裂纹并扩展的过程。

在一定范围内,拉伸超载可以延长冲击疲劳裂纹起始寿命超载造成的残余应力是引起该钢超载效应的主要机制,而超载造成的材料性能变化对超载效应贡献不大。

3.1.3 加载频率对疲劳裂纹扩展的影响在研究周期频率对合金裂纹扩展的影响过程中,高温环境下,由于频率的影响,可从试件断口形貌特征将疲劳行为分为周期相关性、时间相关性和周期一时间相关性3种类型。

由于材料或环境的因素,加载频率对疲劳裂纹扩展速率将产生很大的影响。

加载频率对中温环境下疲劳裂纹扩展的影响。

积分范围可以作为纹扩展的参数,能很好地反映加载频率对裂纹的影响。

在试验温度为550~C时,频率的改变对直接时效GH4169高温合金疲劳裂纹扩展性能基本没有影响,其裂纹扩展的控制机理是机械疲劳;在试验温度为650oC时,在0.5Hz以上频率时,频率的改变对直接时效GH4169高温合金疲劳裂纹扩展性能基本没有影响,其裂纹扩展的控制机理是机械疲劳;但当频率降低至0.1Hz时,其疲劳裂纹扩展速率明显加快,裂纹扩展的控制机理是高温氧化。

大量研究表明,当△K较低时,dN基本不受加载频率的影响;当△K较大时,加载频率有较大影响。

加载频率降低,dN 增高;加载频率增高,dN降低。

.3.1.4 平均应力或应力比的影响当循环载荷的应力幅σa 给定时,应力比R 增大,平均应力σm也增大。

σa 与σm有如下关系:σm= (1+R)(1- R)σa故讨论应力比R 的影响就是讨论平均应力的影响。

(1)R>0 情况以R=0 的da/dN-△K 曲线为基本裂纹扩展速率曲线,应力比R 改变时,da/dN- △K 曲线的变化一般有下图所示的趋势。

R>0 时,应力循环中的σmin >0。

应力幅σa 给定时,随R的增大,循环中最大应力σmax 和最小应力σmin 均增大。

在裂纹扩展速率的三个区域内da/dN 均增大。

图中表现为曲线整体向左移动。

因此,随着R 的增大,高速率区的上限(1-R)Kc 降低,裂纹扩展的寿命减小;在低速率区,疲劳裂纹扩展速率的下限(门槛值)△Kth降低,对含一定缺陷的构件,不引起裂纹扩展的允许载荷减小。

图2 应力比的影响(2)R<0 的情况应力比R<0,即循环载荷中包括负应力部分。

与R=0 的情况相比,负应力的存在使低速率区da/dN 加快;对中速率区的da/dN 影响不大;在高速率区,因为上限(1-R)Kc增大,da/dN还有减缓的趋势。

故在不同的裂纹扩展速率区域内,负应力的存在对da/dN 的影响是不同的,情况比R>0 的复杂得多。

总之,应力比R>0 时,在裂纹扩展速率的三个区域内,da/dN 均增大。

当R <0 时,负应力的存在使低速率区da/dN 加快;对中速率区的da/dN 影响不大;在高速率区,da/dN 有减缓的趋势。

3.2 腐蚀环境对疲劳裂纹扩展的影响在腐蚀介质环境中,腐蚀疲劳是介质引起的腐蚀破坏过程和扰动应力引起的疲劳破坏过程的共同作用。

这二者的共同作用,比其中任何一种单独作用更为有害。

因为扰动应力下的裂纹扩展,使新的裂纹面不断地暴露于腐蚀介质中,加速了腐蚀;不断发生的腐蚀过程也使疲劳裂纹得以更快地形成和扩展。

在腐蚀介质环境中,疲劳裂纹扩展速率总是比在惰性介质环境中高,有时甚至高几个数量级。

而且,一般来说,液体腐蚀环境对疲劳裂纹扩展的影响比气体腐蚀环境更严重。

3.2.1应力腐蚀开裂在腐蚀介质中,即使只有静载荷作用,且裂纹尖端的应力强度因子远低于临界断裂韧性值,也可能在一定时间后发生裂纹的扩展。

将带裂纹的试件加载到K1i ( K1i<K1c,K1c为1 型裂纹的断裂韧性值)置于腐蚀介质中。

若材料对该腐蚀介质敏感,则在一定时间后裂纹将发生扩展。

记录在K1i作用下腐蚀介质中裂纹开始发生扩展的时间,可以得到下图所示的关系。

K1i- Tf 的关系①在腐蚀介质作用下,裂纹可以在应力强度因子K1i 低于K1c 的情况下发生扩展。

②作用的初始应力强度因子K1i越低,到发生裂纹扩展的时间Tf就越长。

③当K1i 趋于某极限值时,到发生裂纹扩展的时间Tf 趋于无限长,这一应力强度因子的极限值为应力腐蚀开裂的应力强度因子门槛值K1c。

若满足K1i<K1c,则将不发生应力腐蚀开裂。

3.2.2腐蚀疲劳裂纹扩展速率在腐蚀性介质中,大量实验研究结果表明,腐蚀疲劳裂纹扩展速率(da/dN) 与应力强度因子△K 的关系如下图所示三类。

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