金屬棒材疲勞斷裂研究與應用.pdf

1、應力下料技術,是對材料施加疲勞載荷使得疲勞裂紋在預定截面萌生并快速擴展至斷裂,從而達到使材料分離的目的的一種方法。這種技術是根據(jù)斷裂力學原理進行安全設計的逆過程,符合現(xiàn)代機械加工少無切削精密加工的發(fā)展方向,是一種綠色加工技術,具有廣闊的應用前景。但要使其成為一種實用的工業(yè)技術,以往的研究還遠遠不夠。
　　基于此,本文以棒材為對象,從理論和試驗兩方面對應力下料過程所涉及的機理和主要參數(shù)的選擇進行了進一步研究,以期能推動應力下料技術向

2、生產力的轉化。本文首先從應力下料時影響棒材脆斷的因素出發(fā),分析了棒材切口處的應力、應變狀態(tài),討論了切口處疲勞裂紋起始的部位及其力學模型,結合疲勞裂紋擴展的微觀機理及影響疲勞裂紋擴展速率的內外因素,討論了不同載荷形式作用下棒材斷口的宏觀形貌及棒材應力下料時的疲勞強度。在切口型式的選擇上,本文使用有限元方法分析了應力下料時四種典型切口型式(U型、V型、半V型和反半V型)切口處的應力集中情況。在切口參數(shù)的選擇上,本文使用有限元方法分析了切口深

3、度、切口張開角度及切口根部圓角半徑等對切口處應力集中程度的影響。從理論上得出的主要結論有:應力下料時,V型切口在切口處形成的應力集中程度最大,最有利于初始疲勞裂紋的萌生;不同直徑的棒材均在切口相對深度為0.1附近時,切口處應力集中系數(shù)達到峰值;切口張開角度對切口處的應力集中程度影響不大,建議切口張開角度取在60°~90°之間;切口根部圓角半徑對切口根部應力集中程度有較大的影響等。在理論分析的基礎上,本研究選用了兩種材料,進行了試驗驗證。