焊接結(jié)構(gòu)的疲勞損傷與斷裂

目錄
前言
第1章 疲勞研究的回顧與展望 1
1.1 疲勞研究的緣起與演化 1
1.1.1 古老文明的涵養(yǎng) 1
1.1.2 蒸汽動力催生結(jié)構(gòu)失效 1
1.1.3 結(jié)構(gòu)失效驅(qū)動疲勞的研究 3
1.1.4 疲勞研究支撐機械強度學科 5
1.2 文獻綜合分析 6
1.2.1 論文發(fā)表情況 6
1.2.2 重要影響工作分析 8
1.2.3 關(guān)鍵研究領(lǐng)域分析 12
1.2.4 國內(nèi)主要研究單位分析 15
1.2.5 中美比較分析 17
1.2.6 疲勞研究領(lǐng)域科學基金資助分析 18
1.2.7 從熱點看趨勢 20
1.3 主要研究進展 20
1.3.1 里程碑式的工作 20
1.3.2 基于應(yīng)變-壽命曲線的歐洲疲勞設(shè)計理論體系 21
1.3.3 基于應(yīng)變-壽命曲線的美國疲勞設(shè)計理論體系 22
1.3.4 我國結(jié)構(gòu)疲勞研究的主要進展 22
1.3.5 疲勞裂紋擴展機制及理論描述 23
1.3.6 蠕變-疲勞交互效應(yīng) 24
1.3.7 腐蝕疲勞模型 24
1.3.8 超高周疲勞行為 25
1.3.9 疲勞試驗技術(shù) 26
1.3.10 疲勞分析計算技術(shù) 27
1.4 疲勞研究的挑戰(zhàn)與機遇 28
1.4.1 疲勞研究領(lǐng)域的待解難題 28
1.4.2 大數(shù)據(jù)時代的疲勞強度學 32
1.5 總結(jié)與展望 32
參考文獻 33
本章主要符號說明 43
第2章 焊接結(jié)構(gòu)疲勞失效研究進展 44
2.1 焊接結(jié)構(gòu)的特點 44
2.2 高端裝備焊接新工藝 45
2.2.1 深窄間隙埋弧焊技術(shù) 45
2.2.2 電子束焊接技術(shù) 46
2.2.3 攪拌摩擦焊接技術(shù) 47
2.3 焊接結(jié)構(gòu)疲勞研究新進展 48
2.3.1 被引次數(shù)較多的30篇論文 48
2.3.2 焊接新工藝推動疲勞問題研究 50
2.3.3 焊接結(jié)構(gòu)疲勞評定方法 50
2.3.4 焊接接頭的疲勞損傷監(jiān)測技術(shù) 52
2.3.5 焊接接頭的疲勞強化方法 52
2.3.6 殘余應(yīng)力與熱影響區(qū)的影響 52
2.4 超長壽命服役引起的新問題 53
2.5 焊接結(jié)構(gòu)疲勞研究的難點 54
參考文獻 56
本章主要符號說明 60
第3章 焊接接頭的損傷不均勻性表征 61
3.1 接頭組織與宏觀性能的不均勻性 61
3.1.1 接頭冶金與微觀組織 61
3.1.2 接頭拉伸與沖擊試驗研究 64
3.2 基于微試樣拉伸的局部力學行為 68
3.3 基于有限元分析的焊接接頭應(yīng)變分布 69
3.4 基于數(shù)字圖像相關(guān)法的不均勻損傷表征 70
3.4.1 熔合線附近的應(yīng)變不均勻性 70
3.4.2 多層多道焊縫內(nèi)部的應(yīng)變不均勻性 76
3.5 基于微觀組織和硬度數(shù)據(jù)的焊接接頭強度預(yù)測 78
3.5.1 顯微硬度與納米硬度的關(guān)系 78
3.5.2 硬度與微觀組織的關(guān)系 80
3.5.3 焊接接頭強度分布預(yù)測方法 82
3.5.4 強度預(yù)測方法的進一步拓展 85
參考文獻 86
本章主要符號說明 88
第4章 焊接接頭微區(qū)疲勞短裂紋擴展行為 89
4.1 接頭熱影響區(qū)內(nèi)部疲勞短裂紋擴展行為 90
4.1.1 接頭微區(qū)組織表征與原位疲勞裂紋擴展試驗 90
4.1.2 疲勞短裂紋擴展速率與路徑的關(guān)系 93
4.1.3 微觀組織與強度梯度對微區(qū)疲勞短裂紋擴展的影響 96
4.2 物理短裂紋的閉合行為及擴展驅(qū)動力模型 100
4.2.1 短裂紋閉合力的測量 100
4.2.2 短裂紋閉合的預(yù)測模型 106
4.2.3 疲勞短裂紋擴展驅(qū)動力模型 107
4.3 疲勞短裂紋擴展過程裂尖應(yīng)變場表征 110
4.3.1 裂紋擴展過程全場應(yīng)變測量 110
4.3.2 裂紋偏折過程裂尖應(yīng)變測量 113
4.3.3 裂紋閉合過程裂尖應(yīng)變測量 114
4.3.4 裂尖應(yīng)變與尾跡COD值的定量表征 116
4.4 疲勞裂紋擴展過程微觀組織損傷表征 118
4.4.1 電子通道襯度成像分析 118
4.4.2 電子背散射衍射分析 119
參考文獻 120
本章主要符號說明 124
第5章 焊接接頭的疲勞裂紋擴展門檻值 125
5.1 疲勞門檻值的確定方法 125
5.1.1 基于試驗方法直接測定疲勞門檻值 126
5.1.2 確定疲勞門檻值的其他方法 127
5.2 疲勞門檻值試驗技術(shù)新進展 128
5.3 焊接接頭疲勞門檻值的分布 128
5.4 轉(zhuǎn)折點與疲勞門檻值的關(guān)系 130
5.5 應(yīng)力比與疲勞門檻值的關(guān)系 132
5.6 試樣形狀對疲勞門檻值的影響 133
5.6.1 疲勞門檻值的拘束貢獻 133
5.6.2 宏觀拘束與微觀擴展路徑的關(guān)系 134
5.6.3 試樣拘束與裂紋閉合效應(yīng)的關(guān)系 135
參考文獻 141
本章主要符號說明 144
第6章 近門檻值區(qū)疲勞裂紋擴展的微觀機制 145
6.1 微觀組織的影響機制 145
6.1.1 不同微觀組織的疲勞抗力 145
6.1.2 斷口形貌與裂紋擴展路徑 147
6.1.3 基于裂紋閉合的微觀機制 150
6.2 近門檻值區(qū)斷裂模式的轉(zhuǎn)變機理 151
6.2.1 斷口表面沿晶斷裂的分布 152
6.2.2 面型斷裂的形成機制 155
6.2.3 面型斷裂引起的新型閉合模式 156
6.2.4 固有疲勞門檻值模型 157
6.3 近門檻值區(qū)疲勞裂紋擴展曲線轉(zhuǎn)折點 158
6.3.1 轉(zhuǎn)折點處斷口形貌的變化 158
6.3.2 轉(zhuǎn)折點處表面粗糙度的變化規(guī)律 162
6.3.3 微觀組織對疲勞裂紋擴展曲線轉(zhuǎn)折行為的影響 164
6.3.4 應(yīng)力比對疲勞裂紋擴展曲線轉(zhuǎn)折行為的影響 166
6.3.5 疲勞裂紋擴展曲線轉(zhuǎn)折點的預(yù)測模型 166
6.4 超長周期服役對材料疲勞門檻值的影響 168
6.4.1 焊接接頭微觀組織變化 168
6.4.2 疲勞裂紋擴展行為 173
6.4.3 有效特征組織尺寸 175
參考文獻 177
本章主要符號說明 181
第7章 疲勞裂紋擴展應(yīng)力比效應(yīng)的統(tǒng)一理論模型 182
7.1 基于裂紋閉合的裂紋擴展模型 182
7.2 基于等效驅(qū)動力的裂紋擴展模型 183
7.3 統(tǒng)一理論模型的建立 185
7.3.1 Zhu-Xuan模型 185
7.3.2 Kwofie-Zhu模型 187
7.4 統(tǒng)一理論模型的適用性驗證 190
7.4.1 Zhu-Xuan模型的預(yù)測效果 190
7.4.2 Zhu-Xuan模型對CrMoV同類型鋼的預(yù)測效果 191
7.4.3 Zhu-Xuan模型與Kwofie-Zhu模型的比較 194
7.5 時間相關(guān)的疲勞門檻值預(yù)測方法 196
7.5.1 時效老化前后的疲勞門檻值預(yù)測 196
7.5.2 表征時效影響的參量 197
7.5.3 焊縫時效后疲勞門檻值的預(yù)測 198
7.6 統(tǒng)一理論模型的科學本質(zhì) 199
參考文獻 200
本章主要符號說明 202
第8章 焊接接頭高周疲勞試驗研究 203
8.1 焊接接頭高周疲勞的關(guān)鍵問題 203
8.1.1 疲勞試樣形式的選擇 203
8.1.2 溫度相關(guān)的動態(tài)應(yīng)變時效行為 206
8.1.3 結(jié)構(gòu)弱區(qū)與內(nèi)部缺陷的競爭行為 208
8.1.4 微缺陷的影響機制 212
8.2 焊接接頭高周疲勞的應(yīng)變速率效應(yīng) 214
8.2.1 加載頻率的相關(guān)性 214
8.2.2 頻率效應(yīng)對疲勞壽命的影響 220
8.2.3 應(yīng)變速率效應(yīng)的科學本質(zhì) 221
8.3 低強鋼超高周疲勞循環(huán)硬化行為 222
8.3.1 表面形態(tài)的變化 222
8.3.2 循環(huán)硬化行為的表征方法 223
8.3.3 循環(huán)硬化的微觀機制 224
參考文獻 225
本章主要符號說明 228
第9章 同種鋼焊接接頭的超高周疲勞強度 229
9.1 CrNiMoV鋼焊接接頭的不均勻微觀組織 229
9.2 焊接接頭疲勞強度的溫度相關(guān)性 231
9.2.1 疲勞S-N曲線形狀的變化 231
9.2.2 疲勞裂紋萌生模式的差異 232
9.2.3 疲勞試樣的顯微硬度與微觀結(jié)構(gòu) 234
9.2.4 疲勞起裂與斷裂位置的轉(zhuǎn)移 235
9.2.5 高溫下材料彈性響應(yīng)的影響 238
9.3 尺寸與頻率的耦合效應(yīng) 238
9.3.1 疲勞試驗S-N曲線 238
9.3.2 疲勞裂紋萌生模式 240
9.3.3 疲勞斷裂位置的轉(zhuǎn)移 242
9.3.4 缺陷統(tǒng)計分析方法 242
9.3.5 疲勞強度的理論模型 244
9.4 表面殘余應(yīng)力的影響 246
9.5 焊接接頭的氫脆敏感性 247
9.5.1 充氫對疲勞壽命的影響 247
9.5.2 疲勞裂紋萌生模式的變化 248
9.5.3 充氫對內(nèi)部破壞過程的影響 249
9.6 焊接接頭疲勞強度削弱系數(shù) 250
9.7 焊接接頭疲勞強度評價方法 252
9.7.1 典型疲勞設(shè)計準則 252
9.7.2 焊接結(jié)構(gòu)超長壽命疲勞設(shè)計 254
參考文獻 255
本章主要符號說明 257
第10章 異種鋼焊接接頭超高周疲勞強度 258
10.1 異種鋼焊接工藝及接頭微觀組織 258
10.1.1 微觀組織的不均勻性 258
10.1.2 顯微硬度分布 259
10.2 異種鋼焊接接頭的拉伸與疲勞行為 261
10.2.1 試樣形式與試驗方法 261
10.2.2 接頭的拉伸斷裂 262
10.2.3 接頭的S-N曲線 263
10.3 異種鋼焊接接頭的宏微觀疲勞破壞機制 264
10.3.1 宏觀斷裂位置的轉(zhuǎn)變 264
10.3.2 疲勞裂紋萌生機制 267
10.4 異種鋼焊接接頭抗疲勞設(shè)計與分析 270
10.4.1 疲勞強度削弱系數(shù) 270
10.4.2 接頭的抗疲勞設(shè)計 271
參考文獻 274
第11章 長壽命服役焊接結(jié)構(gòu)的斷裂防控 275
11.1 基于結(jié)構(gòu)弱區(qū)的傳統(tǒng)設(shè)計方法 275
11.2 基于斷裂力學的焊接缺陷安全評定方法 276
11.2.1 焊接缺陷的安全評定 276
11.2.2 焊接工藝優(yōu)化案例 278
11.3 基于微缺陷致裂的壽命設(shè)計方法 279
11.3.1 Murakami模型 279
11.3.2 考慮缺陷致裂過程的壽命模型 279
11.3.3 壽命控制Z參量模型 280
11.3.4 Z參量模型的驗證 281
11.4 基于設(shè)計/制造一體化的抗疲勞理念 282
參考文獻 284
本章主要符號說明 286