本文關(guān)鍵詞：基于體視學的材料疲勞壽命預報方法研究

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【摘要】：鑄造鋁合金因具有澆注性能好、比強度高、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點,而被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。由于其生產(chǎn)工藝特點,材料內(nèi)部微孔洞缺陷通常難以避免,對于材料及構(gòu)件疲勞裂紋萌生及疲勞壽命產(chǎn)生重要影響。基于孔洞缺陷進行材料或構(gòu)件疲勞性能研究是當前疲勞研究領(lǐng)域的熱點之一。本文著眼于鑄造鋁合金表面微孔洞缺陷,利用體視學方法還原材料內(nèi)部微孔洞三維信息,結(jié)合有限元分析,進行孔洞為主要缺陷的鑄造鋁合金材料疲勞壽命預報方法的研究。以鑄造Al-Zn713合金為孔洞屬于主要缺陷的鑄造鋁合金材料的代表,本文采用金相實驗和圖像分析技術(shù),研究了鑄造Al-Zn713合金材料表面的微孔洞斷面,獲得了材料微孔洞斷面形貌規(guī)律,并進一步統(tǒng)計分析了微孔洞斷面二維尺寸分布及其規(guī)律。基于由實驗得到的鑄造Al-Zn713合金微孔洞斷面二維尺寸分布數(shù)據(jù),利用體視學方法重建了微孔洞空間三維尺寸分布,得到了微孔三維尺寸服從2參數(shù)lognormal的分布規(guī)律,并對重建結(jié)果的精度進行了驗證。此外,通過統(tǒng)計學手段及重建的微孔缺陷尺寸分布,研究了易導致疲勞裂紋萌生的危險孔洞,得到了綜合考慮孔洞尺寸及深度位置作用下,微孔洞對疲勞裂紋萌生的影響規(guī)律。根據(jù)重建的Al-Zn713合金微孔洞三維尺寸分布及危險孔洞分析結(jié)果,建立考慮材料微孔洞缺陷的彈塑性有限元分析模型,對微孔周圍的應(yīng)力、應(yīng)變進行了分析,并確定了微孔裂紋萌生弧,得到相應(yīng)的塑性剪切應(yīng)變響應(yīng);基于有限元分析結(jié)果,結(jié)合修正的Coffin-Manson公式對材料的疲勞裂紋萌生壽命進行了預報。預報中,考慮孔洞尺寸、位置、不同應(yīng)力水平對疲勞壽命的影響,估算了材料疲勞裂紋萌生壽命,得到了Al-Zn713合金材料疲勞裂紋萌生壽命上/下限S-N曲線及疲勞壽命、疲勞強度范圍,估算結(jié)果與已有文獻實驗數(shù)據(jù)基本吻合。本文建立的“孔洞缺陷三維尺寸重建—有限元分析—疲勞壽命分析及預報”方法為研究孔洞為主要缺陷的鑄造鋁合金材料的疲勞壽命預報提供了新途徑。
【關(guān)鍵詞】：疲勞壽命 微孔洞 體視學 金相實驗 鑄造鋁合金
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.21
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 引言10
• 1.2 材料疲勞壽命預報方法國內(nèi)外研究概況10-13
• 1.2.1 材料疲勞壽命預報方法10-12
• 1.2.2 基于孔洞缺陷的材料疲勞壽命研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 體視學方法研究及其應(yīng)用概況13-15
• 1.3.1 孔洞三維重構(gòu)方法13-14
• 1.3.2 體視學重建粒子三維尺寸分布方法的研究概況14
• 1.3.3 體視學重建粒子三維尺寸分布方法在材料中的應(yīng)用14-15
• 1.4 研究背景15-16
• 1.5 本課題研究目的意義及內(nèi)容16-18
• 1.5.1 課題研究目的和意義16-17
• 1.5.2 研究內(nèi)容17-18
• 第2章 疲勞壽命預報和體視學相關(guān)理論18-24
• 2.1 材料疲勞壽命預報相關(guān)理論基礎(chǔ)18-20
• 2.1.1 修正的Coffin-Manson公式18
• 2.1.2 彈塑性理論18-20
• 2.2 體視學重建粒子三維尺寸分布的原理及方法20-23
• 2.2.1 體視學概述20
• 2.2.2 體視學重建粒子三維尺寸分布的基本原理20-22
• 2.2.3 體視學重建粒子三維尺寸分布的方法22-23
• 2.3 本章小結(jié)23-24
• 第3章 AL-ZN713合金微孔洞金相實驗研究24-33
• 3.1 實驗目的24
• 3.2 實驗方案24
• 3.3 實驗內(nèi)容24-29
• 3.3.1 實驗材料和設(shè)備24-25
• 3.3.2 試樣制備25
• 3.3.3 金相制備25-26
• 3.3.4 金相觀察及圖像獲取26-28
• 3.3.5 圖像處理及分析28-29
• 3.4 實驗結(jié)果提取及初步分析29-32
• 3.4.1 微孔洞斷面形貌29
• 3.4.2 微孔洞數(shù)目及尺寸29-31
• 3.4.3 實驗微孔洞斷面數(shù)量的統(tǒng)計性分析31-32
• 3.5 本章小結(jié)32-33
• 第4章 體視學重建孔洞三維尺寸分布研究33-60
• 4.1 體視學重建孔洞三維尺寸分布方法及操作研究33-49
• 4.1.1 體視學方法的比較33-35
• 4.1.2 尺寸分布修正方式對重建孔洞三維尺寸分布的影響35-42
• 4.1.3 尺寸分組數(shù)量對重建孔洞三維尺寸分布的影響42-45
• 4.1.4 截面數(shù)量對重建孔洞三維尺寸分布的影響45-49
• 4.2 基于體視學的微孔洞三維尺寸分布重建49-54
• 4.2.1 微孔洞三維尺寸分布重建49-52
• 4.2.2 微孔洞三維尺寸分布重建結(jié)果精度驗證52-54
• 4.3 易導致疲勞裂紋萌生的危險微孔分析54-58
• 4.3.1 微孔斷面尺寸分布54
• 4.3.2 微孔對應(yīng)的深度位置及空間微孔尺寸分析54-58
• 4.4 本章小結(jié)58-60
• 第5章 含微孔缺陷的材料有限元分析及疲勞壽命預報60-68
• 5.1 有限元模型的建立60-63
• 5.1.1 假設(shè)條件60
• 5.1.2 考慮微孔缺陷的材料有限元模型60-63
• 5.2 彈塑性有限元分析63-64
• 5.3 材料疲勞壽命預報64-67
• 5.4 本章小結(jié)67-68
• 結(jié)論68-70
• 參考文獻70-76
• 攻讀碩士學位期間承擔的科研任務(wù)與主要成果76-77
• 致謝77-78
• 作者簡介78

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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本文編號：1035941