發(fā)布時間：2017-11-03 22:11

  本文關(guān)鍵詞：鎂合金AZ21在復(fù)雜載荷和腐蝕環(huán)境下的疲勞性能研究

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【摘要】：鎂合金因其密排六方(hcp)結(jié)構(gòu),不同加載方向下的力學(xué)性能與疲勞性能的差異很大。實際應(yīng)用中,鎂合金作為結(jié)構(gòu)件承受多軸復(fù)雜載荷,其失效形式多為多軸疲勞失效。此外,腐蝕環(huán)境會極大影響鎂合金的疲勞性能,降低其服役壽命。本文擬在應(yīng)力控制條件下對鎂合金開展多軸疲勞性能研究,揭示加載路徑和腐蝕環(huán)境對材料力學(xué)性能與疲勞性能的影響。在此基礎(chǔ)上,選取適宜的多軸疲勞壽命判據(jù)對材料在復(fù)雜載荷和腐蝕環(huán)境下的壽命進行合理預(yù)測。本文所得鎂合金的多軸腐蝕疲勞壽命曲線對鎂合金的實際應(yīng)用具有重要的參考與指導(dǎo)意義。本文對鎂合金AZ21在空氣中和PBS腐蝕環(huán)境中分別進行了單軸拉壓、純扭轉(zhuǎn)及多軸路徑下的循環(huán)力學(xué)性能研究,主要有以下發(fā)現(xiàn):1)不同加載路徑下的變形主導(dǎo)機制有所不同:單軸拉壓路徑下,壓縮方向發(fā)生“拉伸孿生”導(dǎo)致材料的屈服強度在壓縮方向遠小于拉伸方向;純扭轉(zhuǎn)路徑下,AZ21的剪切應(yīng)力應(yīng)變滯環(huán)仍保持對稱,說明滑移是剪切非彈性變形的主導(dǎo)機制;在多軸非比例加載路徑下,加載過程中應(yīng)力主軸始終旋轉(zhuǎn),導(dǎo)致孿生-退孿生成為影響變形的主要機制;2)在多軸比例與非比例載荷路徑下,AZ21發(fā)生顯著的循環(huán)強化效應(yīng),循環(huán)應(yīng)變幅在循環(huán)加載初期急劇下降,而在后續(xù)循環(huán)中達到穩(wěn)定,且穩(wěn)定循環(huán)應(yīng)變幅的大小與加載路徑關(guān)系不大;3)多軸加載路徑下的疲勞壽命遠低于單軸拉壓路徑和純扭轉(zhuǎn)路徑的結(jié)果;相同等效應(yīng)力幅下,圓路徑的應(yīng)力應(yīng)變滯環(huán)面積最大,對應(yīng)的能量耗散最大,導(dǎo)致圓路徑疲勞壽命最短;4)在腐蝕環(huán)境下,AZ21的應(yīng)力應(yīng)變滯環(huán)面積大于空氣中的滯環(huán)面積,導(dǎo)致材料的腐蝕疲勞損傷速率遠大于空氣中的損傷速率,壽命也遠低于空氣中的結(jié)果。本文利用Basquin公式和Findley-Park-Nelson(FPN)公式對不同環(huán)境和不同路徑下的疲勞壽命進行了預(yù)測,Basquin公式對AZ21鎂合金在復(fù)雜載荷和腐蝕條件下的疲勞壽命預(yù)測結(jié)果整體上比FPN公式的預(yù)測結(jié)果更接近試驗結(jié)果,但是二者均不能夠有效區(qū)分載荷幅值相同時不同路徑對疲勞壽命的影響;將路徑非比例度的概念引入Basquin公式后,可對圓形路徑和菱形路徑下的疲勞壽命進行較為合理的預(yù)測。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.22

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本文編號：1138096