發(fā)布時(shí)間：2017-10-07 04:35

  本文關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)鋼的變幅疲勞加載應(yīng)力幅間交互作用研究

  更多相關(guān)文章： 曲線(xiàn) 升降法 斷口形貌 變幅加載 強(qiáng)化效應(yīng)

【摘要】：近年來(lái),隨著工程結(jié)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的提高,服役壽命的延長(zhǎng),疲勞問(wèn)題逐漸引起人們的注意。與此同時(shí)伴隨著結(jié)構(gòu)鋼在低應(yīng)力的循環(huán)加載的頻率升高,低應(yīng)力幅值(低于疲勞極限應(yīng)力幅值)對(duì)材料的疲勞性能的影響越來(lái)越受到人們的重視。但由于當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和理論基礎(chǔ)的限制,人們對(duì)于高速低幅工況下金屬結(jié)構(gòu)的疲勞性能的變化研究得很有限,大多數(shù)材料的疲勞性能的研究都是基于恒幅加載的條件下開(kāi)展的,變幅載荷下的疲勞性能研究涉及較少。事實(shí)上變幅加載廣泛存在于金屬材料構(gòu)件的工況中。因此,開(kāi)展關(guān)于金屬在變幅加載的疲勞性能變化規(guī)律研究是十分有必要的。當(dāng)前,伴隨程控疲勞試驗(yàn)機(jī)在檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用以及新的檢測(cè)技術(shù)的拓展,金屬的疲勞試驗(yàn)得到長(zhǎng)足的發(fā)展,研究金屬變幅疲勞的設(shè)備、試驗(yàn)條件均已成熟。通過(guò)這方面的研究能夠更全面的揭示材料疲勞損傷與斷裂的物理本質(zhì),對(duì)低載高速服役條件下工作結(jié)構(gòu)的疲勞預(yù)估理論和壽命預(yù)測(cè)理論的建立有著重要意義。本文在參考國(guó)內(nèi)外變幅疲勞試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,根據(jù)工程實(shí)際應(yīng)用,設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案,開(kāi)展結(jié)構(gòu)鋼50CrVA變幅疲勞試驗(yàn),探索了小載荷強(qiáng)化作用使其疲勞壽命發(fā)生變化的規(guī)律,研究成果如下：本文在參考金屬材料高頻疲勞試驗(yàn)試樣設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)適合高強(qiáng)度鋼試驗(yàn)要求的試樣形狀與尺寸,并使用有限元軟件ANSYS進(jìn)行仿真模擬,同時(shí)結(jié)合最小截面等截面法、當(dāng)量長(zhǎng)度法的理論解對(duì)比分析,驗(yàn)證試樣能承受應(yīng)力比R=-1的應(yīng)力幅加載而不產(chǎn)生屈曲,并討論了試驗(yàn)數(shù)據(jù)受加工誤差影響的情況。參考金屬材料疲勞壽命的檢測(cè)技術(shù)規(guī)范,設(shè)計(jì)恒幅加載試驗(yàn)方案,得到試驗(yàn)數(shù)據(jù),繪制出50CrVA的疲勞強(qiáng)度-壽命曲線(xiàn),分析其趨勢(shì),并采用Basquin方程進(jìn)行擬合；通過(guò)升降法測(cè)算出其疲勞極限,為后續(xù)的變幅試驗(yàn)提供數(shù)據(jù)基準(zhǔn)以及微觀機(jī)理分析的對(duì)比參照物。參考國(guó)內(nèi)外變幅加載相關(guān)文獻(xiàn),通過(guò)控制預(yù)加載周次數(shù)與預(yù)加載幅值,設(shè)計(jì)多組變幅加載試驗(yàn),得到預(yù)加載周次數(shù)與預(yù)加載應(yīng)力幅大小對(duì)50CrVA疲勞壽命影響規(guī)律�？刂萍虞d時(shí)長(zhǎng)的試驗(yàn)結(jié)果表明低載強(qiáng)化需要經(jīng)歷一定周次數(shù)的加載才能對(duì)材料的疲勞性能產(chǎn)生影響,同時(shí)低應(yīng)力幅對(duì)50CrVA鋼存在強(qiáng)化與損傷的二重性；控制預(yù)加載應(yīng)力幅大小的試驗(yàn)結(jié)果表明不同的小載荷幅值同樣會(huì)對(duì)試樣的強(qiáng)化效果產(chǎn)生影響,小載荷幅值較小時(shí),由于小載荷強(qiáng)化與損傷兩種特性都不明顯,因此強(qiáng)化壽命的效果并不明顯；隨著小載荷幅值的升高,強(qiáng)化效應(yīng)顯現(xiàn)出上升趨勢(shì),并達(dá)到最高點(diǎn),隨后影響逐漸下降,直到低幅載荷對(duì)材料的疲勞壽命基本沒(méi)有影響,表明當(dāng)幅值臨近疲勞極限時(shí),隨著強(qiáng)化效應(yīng)的增長(zhǎng)速率降低,損傷特性影響逐漸增大,低幅載荷的強(qiáng)化與損傷特性的共同作用使得材料疲勞壽命的變化趨近于零,表現(xiàn)出來(lái)的特性以損傷性為主。對(duì)比相同小載荷強(qiáng)化過(guò)程下不同應(yīng)力幅工況下疲勞壽命的影響曲線(xiàn),發(fā)現(xiàn)兩者的最大強(qiáng)化點(diǎn)強(qiáng)化幅度相近,存在類(lèi)似的強(qiáng)化趨勢(shì)。使用SEM對(duì)試樣斷面進(jìn)行觀察。觀察發(fā)現(xiàn)試樣發(fā)生宏觀脆性斷裂。50CrVA鋼的裂紋起源于外表面,表現(xiàn)為表面萌生；其韌性是瞬斷區(qū)韌窩形成的主要因由。經(jīng)過(guò)低載加載后疲勞壽命無(wú)明顯增長(zhǎng)的試樣與未經(jīng)低幅加載試樣在斷口形貌方面并無(wú)明顯差別。產(chǎn)生明顯強(qiáng)化作用的試樣斷口與之相比,則出現(xiàn)疲勞輝紋間距較小,二次裂紋數(shù)量明顯減少的現(xiàn)象。
【關(guān)鍵詞】：曲線(xiàn) 升降法 斷口形貌 變幅加載 強(qiáng)化效應(yīng)
【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(lèi)號(hào)】：TG142.1
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第1章 緒論12-29
• 1.1 疲勞問(wèn)題的提出和發(fā)展12-13
• 1.2 疲勞的特征13-14
• 1.3 疲勞破壞的過(guò)程14-16
• 1.4 疲勞破壞的分類(lèi)16-17
• 1.5 影響金屬材料高周疲勞性能的因素17-18
• 1.5.1 低周疲勞載荷對(duì)高周疲勞極限的影響17-18
• 1.5.2 外部損傷對(duì)高周疲勞的影響18
• 1.5.3 頻率的影響18
• 1.6 變幅疲勞的提出18-19
• 1.7 變幅疲勞的研究現(xiàn)狀19-27
• 1.7.1 線(xiàn)性損傷累積方法19-23
• 1.7.2 非線(xiàn)性損傷累積方法23-25
• 1.7.3 概率疲勞累積損傷理論25-27
• 1.8 本文主要工作27-29
• 第2章 高頻疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介與試樣設(shè)計(jì)29-39
• 2.1 高頻疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)29-30
• 2.2 試驗(yàn)條件30-31
• 2.3 疲勞試樣的設(shè)計(jì)計(jì)算31-32
• 2.4 疲勞試樣的屈曲有限元模擬32-37
• 2.4.1 變截面壓桿臨界載荷的理論解法33
• 2.4.2 屈曲分析簡(jiǎn)介33-34
• 2.4.3 變截面壓桿試樣仿真分析34-35
• 2.4.4 最小截面的等截面法求解35-36
• 2.4.5 當(dāng)量長(zhǎng)度法求解36-37
• 2.4.6 關(guān)于兩種理論解法的對(duì)比37
• 2.5 小結(jié)37-39
• 第3章 50CrVA鋼常規(guī)變幅疲勞試驗(yàn)39-51
• 3.1 材料的力學(xué)性能與化學(xué)成分39-41
• 3.2 試樣加工誤差的影響41-42
• 3.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析42-49
• 3.3.1 恒幅下的S-N曲線(xiàn)42-43
• 3.3.2 升降法測(cè)疲勞極限43-44
• 3.3.3 變幅疲勞試驗(yàn)44-49
• 3.4 小結(jié)49-51
• 第4章 微觀觀察與分析51-56
• 4.1 SEM電子掃描顯微鏡51
• 4.2 50CrVA鋼微觀機(jī)理51-55
• 4.3 小結(jié)55-56
• 結(jié)論56-58
• 致謝58-59
• 參考文獻(xiàn)59-63
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及參加的科研項(xiàng)目63

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 倪金剛;超聲疲勞試驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用[J];航空動(dòng)力學(xué)報(bào);1995年03期

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本文編號(hào)：986989