本文關(guān)鍵詞：缺口應(yīng)力集中對(duì)高速列車鋁合金超高周疲勞性能影響的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：5083鋁合金是一種不可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化的合金材料,鎂是其主要合金元素,該材料的強(qiáng)度高,塑性好,具有良好的抗腐蝕性及易加工性,被大量應(yīng)用在高鐵列車的骨架、車體及外板,以及汽車、飛機(jī)、海事船舶等的焊接構(gòu)件。高速列車在運(yùn)行過程中,其結(jié)構(gòu)將承受由振動(dòng)引起的循環(huán)荷載作用,這種振動(dòng)雖然應(yīng)力幅值不高,但循環(huán)周次很高(可達(dá)108-1010),嚴(yán)重威脅著構(gòu)件在服役期的安全。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要,會(huì)有一些截面形狀不連續(xù)的部分出現(xiàn)在機(jī)械構(gòu)件上,這些部分在外加應(yīng)力作用下會(huì)產(chǎn)生局部的應(yīng)力集中現(xiàn)象,從而成為結(jié)構(gòu)的弱點(diǎn)和裂紋開裂的主要區(qū)域,這種效應(yīng)被稱作缺口效應(yīng)。因此開展關(guān)于缺口應(yīng)力集中對(duì)5083鋁合金超高周疲勞性能影響的研究非常具有實(shí)際的必要性。本文使用的加載頻率為20kHz的加速疲勞試驗(yàn)裝置,與傳統(tǒng)的常規(guī)疲勞試驗(yàn)技術(shù)相比,可以更快獲得構(gòu)件超高循環(huán)周次范圍內(nèi)的疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)。本文使用超聲疲勞試驗(yàn)技術(shù)對(duì)不同應(yīng)力集中系數(shù)的板狀和圓柱形5083鋁合金試樣進(jìn)行試驗(yàn),分別測(cè)得在105-1010超高周次內(nèi)上述試樣的S-N曲線,研究了試樣形狀和缺口效應(yīng)對(duì)該材料疲勞性能的影響。并結(jié)合場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡進(jìn)行斷口微觀分析,對(duì)不同應(yīng)力集中系數(shù)和不同缺口形狀的鋁合金試樣疲勞斷裂機(jī)理分別進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在107循環(huán)周次以上,不同形狀的兩種5083鋁合金缺口試樣的S-N曲線,都沒有出現(xiàn)所謂的疲勞極限。該材料109周次對(duì)應(yīng)的疲勞壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于107周次時(shí)的壽命,因此不能使用107周次時(shí)的條件疲勞極限作為5083鋁合金在超高周次范圍內(nèi)的疲勞強(qiáng)度判據(jù)。試樣形狀對(duì)5083鋁合金疲勞性能影響的研究表明：與光滑柱狀和光滑板狀試樣的S-N曲線對(duì)比一樣,不同形狀5083鋁合金缺口試樣的疲勞壽命(S-N)曲線有不同的規(guī)律,其中圓柱變截面缺口試樣的S-N曲線,在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中呈連續(xù)下降的趨勢(shì),而板狀狗骨形缺口試樣的S-N曲線,在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中為兩段不同趨勢(shì)的曲線。在106～1010加載周次范圍內(nèi)板狀試樣的疲勞壽命都明顯低于柱狀試樣的疲勞壽命,并在107周次附近試樣形狀對(duì)疲勞壽命的影響達(dá)到一個(gè)峰值,但在106周次以下二者疲勞壽命差別不大,且在1010周次以上的超高周階段二者疲勞壽命曲線則逐漸重疊。106～1010周次正是一般構(gòu)件的服役壽命區(qū)間,因此在此壽命范圍內(nèi)用柱狀試樣的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來評(píng)價(jià)板狀構(gòu)件的疲勞壽命是極不安全的。缺口應(yīng)力集中效應(yīng)的影響研究表明：無論是圓柱狀試樣還是板狀試樣,缺口應(yīng)力集中效應(yīng)都能使5083鋁合金的疲勞壽命有所降低,而且理論應(yīng)力集中系數(shù)的值越大,該試件的疲勞壽命下降就越嚴(yán)重。但是5083鋁合金缺口試樣的疲勞缺口系數(shù)Kf的值和疲勞缺口敏感系數(shù)q的值都不大,說明在理論應(yīng)力集中系數(shù)增大的同時(shí),5083鋁合金材料的疲勞性能下降不明顯,該材料的疲勞性能對(duì)缺口應(yīng)力集中效應(yīng)的敏感度并不高。試樣斷口的掃描電鏡分析顯示：由于材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為緊密,5083鋁合金疲勞裂紋都在試樣表面萌生,無內(nèi)部萌生的情況,沒有觀察到明顯的魚眼現(xiàn)象；由于表面缺陷和應(yīng)力集中的影響,斷口上的裂紋源不止一個(gè),系多源形核；裂紋的擴(kuò)展區(qū)和傳統(tǒng)疲勞理論一致,在裂紋擴(kuò)展進(jìn)入穩(wěn)定擴(kuò)展區(qū)后可以觀察到疲勞輝紋,表明5083鋁合金材料塑性較好；理論應(yīng)力集中系數(shù)更大的相同形狀缺口試樣的缺口應(yīng)力集中效應(yīng)更為顯著,在相同應(yīng)力條件下裂紋更易萌生,擴(kuò)展更為快速,疲勞壽命更差,觀察到的其瞬斷區(qū)面積大于小應(yīng)力集中系數(shù)缺口試樣的瞬斷區(qū)面積正好印證了這一點(diǎn)。造成106～1010周次內(nèi)板狀試樣在的壽命低于柱狀試樣的壽命的原因,以及板狀試樣S-N曲線呈現(xiàn)兩段不同的趨勢(shì)線的原因還有待進(jìn)一步的探討。
【關(guān)鍵詞】：缺口效應(yīng) 應(yīng)力集中系數(shù) S-N曲線 疲勞壽命 裂紋萌生
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U270.12;TG146.21
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第1章 緒論12-21
• 1.1 5083鋁合金及其性能12-13
• 1.2 疲勞破壞的形式與分類13-14
• 1.3 超高周疲勞問題的研究14-16
• 1.3.1 超高周疲勞問題的研究方法15
• 1.3.2 影響超高周疲勞性能的因素15-16
• 1.4 缺口應(yīng)力集中問題及研究現(xiàn)狀16-18
• 1.4.1 缺口應(yīng)力集中對(duì)疲勞行為的影響16-17
• 1.4.2 缺口應(yīng)力集中問題的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.5 裂紋萌生及擴(kuò)展機(jī)理18-19
• 1.6 本文的研究?jī)?nèi)容19-21
• 第2章 超聲疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)及其原理21-24
• 2.1 超聲疲勞試驗(yàn)裝置21-22
• 2.2 超聲疲勞試驗(yàn)原理22-24
• 第3章 試驗(yàn)材料參數(shù)及試件設(shè)計(jì)24-35
• 3.1 材料的化學(xué)成分、力學(xué)性能與組織結(jié)構(gòu)24-25
• 3.2 超聲疲勞光滑試件的解析計(jì)算25-30
• 3.2.1 圓柱形光滑試樣的解析計(jì)算25-29
• 3.2.2 板狀光滑試樣的解析計(jì)算29-30
• 3.3 超聲疲勞缺口試件的設(shè)計(jì)30-34
• 3.3.1 5083鋁合金超聲疲勞缺口試樣介紹30-31
• 3.3.2 利用有限元方法設(shè)計(jì)缺口試件31-34
• 3.4 加工誤差的影響34-35
• 第4章 5083鋁合金缺口試樣的超高周疲勞性能35-51
• 4.1 試驗(yàn)過程35-36
• 4.2 位移標(biāo)定結(jié)果36-37
• 4.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析37-44
• 4.3.1 S-N曲線的擬合40
• 4.3.2 試樣形狀對(duì)S-N曲線的影響40-43
• 4.3.3 理論應(yīng)力集中系數(shù)對(duì)S-N曲線的影響43-44
• 4.4 缺口應(yīng)力集中對(duì)于超高周疲勞性能的影響44-49
• 4.5 本章小結(jié)49-51
• 第5章 斷口分析及裂紋萌生機(jī)理探討51-59
• 5.1 斷口掃描分析51-56
• 5.1.1 柱狀缺口試樣斷口分析52-54
• 5.1.2 板狀缺口試樣斷口分析54-56
• 5.2 5083鋁合金缺口試樣超高周斷裂機(jī)制56-58
• 5.2.1 裂紋的萌生機(jī)制57
• 5.2.2 裂紋的擴(kuò)展機(jī)制57-58
• 5.3 本章小結(jié)58-59
• 結(jié)論與展望59-61
• 致謝61-62
• 參考文獻(xiàn)62-67
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及參加的科研項(xiàng)目67

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 王弘,高慶;缺口應(yīng)力集中對(duì)40Cr鋼高周疲勞性能的影響[J];機(jī)械工程材料;2004年08期

  本文關(guān)鍵詞：缺口應(yīng)力集中對(duì)高速列車鋁合金超高周疲勞性能影響的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：415477