金屬薄板材料超聲彎曲疲勞試驗(yàn)研究.pdf

1、有關(guān)研究表明，在107的循環(huán)周次或在其以上的超高周階段，材料仍然有可能發(fā)生疲勞斷裂。在實(shí)際應(yīng)用中，很多動(dòng)力機(jī)械的疲勞循環(huán)周次高達(dá)1010周次。因此，研究工程材料在107以上超高周次的疲勞損傷對機(jī)械部件的安全設(shè)計(jì)和材料選擇具有重要意義。
　　從已發(fā)表文獻(xiàn)來看，在超高周范圍內(nèi)的疲勞研究主要集中于對稱拉壓、非對稱拉壓加載下金屬材料的S-N曲線特征、試樣斷口形貌的觀察以及疲勞斷裂機(jī)理的研究，但對于金屬薄板材料在彎曲疲勞加載下的研究鮮見報(bào)道

2、。由于薄板材料在進(jìn)行對稱拉壓超聲疲勞試驗(yàn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)試樣失穩(wěn)現(xiàn)象，而三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)無法實(shí)現(xiàn)對稱加載，即得到應(yīng)力比R=-1的工況。為此本課題組針對薄板材料的超聲疲勞試驗(yàn)問題開發(fā)出一種薄板材料彎曲疲勞試驗(yàn)技術(shù)，為超聲彎曲疲勞提供一定的試驗(yàn)基礎(chǔ)。并在此試驗(yàn)技術(shù)的基礎(chǔ)上研究了50鋼和LY12鋁合金薄板材料的超高周疲勞性能，討論了尺寸效應(yīng)對薄板材料疲勞性能的影響。研究成果如下：
　　本文在三點(diǎn)彎曲的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出滿足系統(tǒng)諧振，并在純彎曲振動(dòng)形態(tài)下

3、的超聲彎曲疲勞試樣。通過解析方法計(jì)算出三點(diǎn)彎曲試樣的諧振長度，討論了試樣的不足并進(jìn)行改進(jìn)。結(jié)合有限元方法分析薄板超聲彎曲試樣的應(yīng)力分布狀況，設(shè)計(jì)出一種變截面超聲彎曲疲勞試樣。最后將試樣尺寸對試樣振動(dòng)頻率和應(yīng)力位移系數(shù)的影響做了進(jìn)一步討論，為超聲彎曲疲勞試樣設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。
　　利用超聲彎曲疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)對50鋼和LY12鋁合金薄板試樣進(jìn)行對稱彎曲疲勞試驗(yàn)，研究其在超聲彎曲疲勞加載下的超高周疲勞性能。將材料在彎曲加載與對稱拉壓加載下

4、的疲勞性能進(jìn)行對比，得出了不同的加載工況對金屬材料疲勞性能的影響。
　　通過對50鋼彎曲試樣斷口顯微分析發(fā)現(xiàn)：疲勞裂紋主要萌生于試樣表面及次表面，可能是材料內(nèi)部存在的夾雜物或者其它非金屬雜質(zhì)從基體脫落，在材料內(nèi)部形成空洞，由于這些夾雜物與基體脫粘形成微裂紋，在高頻振動(dòng)作用下進(jìn)一步擴(kuò)展成為宏觀裂紋，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)試樣的斷裂。
　　對不同厚度的兩種試樣的超聲疲勞試驗(yàn)結(jié)果比較表明：材料有一定的尺寸效應(yīng)，試樣尺寸以及加載方式對材料的疲