本文關(guān)鍵詞：基于溫度分布特征快速測定金屬材料疲勞極限方法研究

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【摘要】：作為一種潛力巨大的新型結(jié)構(gòu)材料，鎂合金目前被廣泛應(yīng)用于航天航空等交通運載結(jié)構(gòu)中，這些結(jié)構(gòu)均承受交變載荷易發(fā)生疲勞斷裂失效。疲勞斷裂通常發(fā)生在較低的應(yīng)力水平下，并且在最終斷裂之前通常不會出現(xiàn)明顯的塑性變形，一旦發(fā)生疲勞破壞事故，人們的生命和財產(chǎn)將受到嚴(yán)重的威脅。 材料的疲勞產(chǎn)熱與其疲勞損傷過程有著密切的聯(lián)系。研究發(fā)現(xiàn)，在疲勞載荷作用下，施加于金屬材料的機械功通常以熱量的形式耗散，并同時造成材料溫度的變化。紅外熱成像技術(shù)可以快速實時地獲得被測目標(biāo)的溫度信息。因此，紅外熱成像技術(shù)在金屬材料疲勞行為的研究中獲得了廣泛應(yīng)用。 本文利用紅外熱像儀采集鎂合金在高周疲勞載荷作用下的溫度數(shù)據(jù)，并結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù)對獲得的溫度數(shù)據(jù)進行處理，分析了不同應(yīng)力水平下AZ31B鎂合金表面溫度變化特征，利用AZ31B鎂合金試件在疲勞載荷下的溫度分布特征信息對其疲勞極限進行預(yù)測。 將紅外熱成像儀獲得的溫度數(shù)據(jù)剔除了熱傳導(dǎo)的影響，對溫度數(shù)據(jù)進行處理后，得到AZ31B鎂合金在高周疲勞載荷下的熱耗散率，論文對疲勞產(chǎn)熱的熱源強度進行直接研究，而非通過溫度數(shù)據(jù)間接的分析疲勞產(chǎn)熱過程。當(dāng)施加在AZ31B鎂合金上的應(yīng)力高于其疲勞極限但不超過其屈服極限時，在宏觀疲勞裂紋萌生之前，AZ31B鎂合金試件中心溫度經(jīng)歷了先快速上升，隨后快速下降，最后趨于穩(wěn)定的三個階段。材料在疲勞載荷下的產(chǎn)熱量的多少取決于其循環(huán)塑性變形能力的大小。AZ31B鎂合金在疲勞載荷作用下產(chǎn)生了嚴(yán)重的加工硬化，導(dǎo)致其塑性變形能力的大幅度下降。進一步的，，熱耗散率隨著鎂合金塑性變形能力的減弱而降低，同時引起鎂合金試件中心溫度的快速下降。 在對高周疲勞載荷下AZ31B鎂合金試件中心溫度及熱耗散率演化規(guī)律研究的基礎(chǔ)上，本文對AZ31B鎂合金試件表面的溫度分布進行了研究。結(jié)果表明，在不同應(yīng)力水平下，疲勞試件上的溫度分布呈現(xiàn)不同的規(guī)律。根據(jù)這一規(guī)律，本文提出一種基于試件表面溫度特征的疲勞極限快速測定新方法，即溫度特征法。 利用溫度特征法測得AZ31B鎂合金的疲勞極限平均值為103.84MPa；根據(jù)傳統(tǒng)試驗方法測得的疲勞極限為97.29MPa；利用Luong法測得的AZ31B鎂合金疲勞極限為105.20MPa。三種方法獲得的結(jié)果較為一致。與其他兩種方法相比，溫度特征法能夠在一定程度上節(jié)約試驗時間和消耗試件的數(shù)量。理想情況下，溫度特征法只需要對一根疲勞試件進行一次短時間的加載便可以測定AZ31B鎂合金的疲勞極限。 本文提出的基于溫度特征的疲勞極限快速測定法同樣適用于446鐵素體不銹鋼。446鐵素體不銹鋼單個試件內(nèi)同樣可能出現(xiàn)兩種不同的產(chǎn)熱機制，造成兩部分溫度的明顯差異。溫度特征法測得446鐵素體不銹鋼的疲勞極限為464.88MPa；利用Luong法測得的446鐵素體不銹鋼疲勞極限為477.34MPa。兩種方法獲得的結(jié)果較為一致，相對誤差為2.61%。
【關(guān)鍵詞】：AZ31B鎂合金 疲勞 紅外熱像法 耗散 溫度分布
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.22;TG115.57
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-24
• 1.1 選題背景及研究意義10-12
• 1.1.1 選題背景10-11
• 1.1.2 研究意義11-12
• 1.2 紅外熱成像技術(shù)概述12-15
• 1.2.1 紅外測溫技術(shù)原理12-14
• 1.2.2 紅外熱成像技術(shù)的發(fā)展14-15
• 1.3 基于溫度變化的疲勞熱像法研究進展15-19
• 1.3.1 鋼在疲勞載荷下的溫度演化規(guī)律15-16
• 1.3.2 紅外熱像法測定材料疲勞極限16-17
• 1.3.3 紅外熱像法測定 S-N 曲線17-18
• 1.3.4 紅外熱像法預(yù)測材料疲勞壽命18-19
• 1.4 基于熱耗散的疲勞熱像法研究進展19-22
• 1.4.1 熱像圖數(shù)據(jù)處理19-20
• 1.4.2 紅外熱像法研究呂德斯帶演化20-22
• 1.5 本論文研究內(nèi)容及技術(shù)路線22-24
• 1.5.1 研究內(nèi)容22-23
• 1.5.2 技術(shù)路線23-24
• 第二章 疲勞過程中的熱效應(yīng)分析24-32
• 2.1 引言24-25
• 2.2 熱彈性效應(yīng)25
• 2.3 固有耗散25-29
• 2.3.1 粘彈性效應(yīng)26-27
• 2.3.2 塑性耗散27-29
• 2.4 熱傳導(dǎo)效應(yīng)29-30
• 2.5 本章小結(jié)30-32
• 第三章 試驗材料及方法32-38
• 3.1 試驗材料32
• 3.2 疲勞試件的制備32-33
• 3.3 試驗過程33-35
• 3.4 試驗數(shù)據(jù)處理35-38
• 第四章 局部產(chǎn)熱過程分析38-50
• 4.1 引言38
• 4.2 高周疲勞載荷下鎂合金的溫度演化38-42
• 4.3 高周疲勞載荷下鎂合金的熱耗散率演化42-46
• 4.3.1 高于疲勞極限載荷下的熱耗散率演化43-45
• 4.3.2 低于疲勞極限載荷下的熱耗散率演化45-46
• 4.4 多次加載條件下鎂合金的溫度演化46-48
• 4.4.1 高于疲勞極限重復(fù)加載46-47
• 4.4.2 低于疲勞極限預(yù)加載47-48
• 4.5 本章小結(jié)48-50
• 第五章 溫度特征法測定鎂合金疲勞極限50-60
• 5.1 引言50
• 5.2 試件表面溫度分布分析50-54
• 5.2.1 試件表面溫度分布50-51
• 5.2.2 應(yīng)力分布計算模型51-52
• 5.2.3 溫度 應(yīng)力關(guān)系曲線52-54
• 5.3 疲勞極限的測定54-57
• 5.3.1 基于溫度特征疲勞極限快速測定方法54-55
• 5.3.2 與傳統(tǒng)疲勞試驗方法對比55-56
• 5.3.3 與 Luong 法對比56-57
• 5.4 本章小結(jié)57-60
• 第六章 溫度特征法適應(yīng)性驗證60-64
• 6.1 引言60
• 6.2 試驗材料及過程簡介60-61
• 6.3 446 鐵素體不銹鋼的典型溫度演化61
• 6.4 溫度特征法測定 446 鐵素體不銹鋼的疲勞極限61-63
• 6.5 結(jié)果驗證63
• 6.6 本章小結(jié)63-64
• 第七章 結(jié)論64-68
• 7.1 結(jié)論64-65
• 7.2 存在的問題65-66
• 7.3 展望66-68
• 參考文獻68-74
• 致謝74-76
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和參加科研情況76

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 牛金星;郭朋彥;;紅外成像技術(shù)及其應(yīng)用[J];華北水利水電學(xué)院學(xué)報;2011年04期

2 李國華,吳立新,吳淼,曲敬信;紅外熱像技術(shù)及其應(yīng)用的研究進展[J];紅外與激光工程;2004年03期

3 武小娟;王志宏;杜文博;高峰;;鎂工業(yè)的環(huán)境協(xié)調(diào)性發(fā)展[J];中國建材科技;2007年05期

4 童小燕,姚磊江,呂勝利;疲勞能量方法研究回顧[J];機械強度;2004年S1期

5 姚磊江,童小燕,呂勝利;關(guān)于疲勞能量理論若干問題的討論[J];機械強度;2004年S1期

6 魏凌霄;閆志峰;王文先;張紅霞;王凱;;基于紅外熱成像的鎂合金疲勞裂紋擴展的研究[J];機械工程學(xué)報;2012年06期

7 郭杏林;王曉鋼;;疲勞熱像法研究綜述[J];力學(xué)進展;2009年02期

8 胡萬華;;計算熱交換的新方法[J];煤礦機械;2008年03期

9 劉浩;趙軍;丁樺;;疲勞過程中生熱機理的實驗探討[J];實驗力學(xué);2008年01期

10 李春芳;光學(xué)測溫技術(shù)及其新進展[J];武漢科技學(xué)院學(xué)報;2005年07期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 武艷軍;AZ31鎂合金疲勞行為研究[D];南京理工大學(xué);2012年

本文編號：589355