疲勞過程中能量耗散的實(shí)驗(yàn)分析及其應(yīng)用研究.pdf

1、疲勞損傷過程同時(shí)也是耗散能量的過程，作為最重要的能量耗散形式，熱耗散的變化反映了材料從疲勞裂紋萌生、擴(kuò)展到最后斷裂破壞演化的過程，由熱耗散引起的溫度場(chǎng)的變化則是材料形變過程中熱效應(yīng)的標(biāo)志和度量，因此對(duì)溫度進(jìn)行精確測(cè)量是研究疲勞過程能量耗散現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 本文首先應(yīng)用靈敏度和分辨率較高的紅外熱像儀對(duì)幾種金屬在疲勞過程中的溫度變化進(jìn)行了較精確測(cè)量，觀測(cè)到它們大體都滿足三階段溫度變化特點(diǎn)：初始溫升階段、溫度穩(wěn)定階段、斷裂前溫度快速升

2、高階段，也對(duì)應(yīng)力幅值變化、平均值變化等對(duì)溫升變化的影響進(jìn)行了試驗(yàn)考察。同時(shí)認(rèn)為無外部熱源作用時(shí)疲勞過程溫度變化的影響因素主要為熱彈性響應(yīng)、非彈性響應(yīng)和熱傳遞，材料的塑性變形和粘彈性行為分別主導(dǎo)了載荷在疲勞極限上、下時(shí)的材料生熱。 第三章從疲勞過程能量耗散平衡的觀點(diǎn)出發(fā)，在分析能量耗散形式及機(jī)理的基礎(chǔ)上，建立疲勞過程能量耗散理論模型，合理簡(jiǎn)化后得到了溫度變化、單位體積熱能耗散率、儲(chǔ)能率和輸入功之間的理論關(guān)系。 試驗(yàn)表明，疲

3、勞過程溫升的突變同選擇載荷方式相對(duì)應(yīng)的疲勞極限有關(guān)，因此根據(jù)對(duì)應(yīng)的溫度變化規(guī)律可快速獲得疲勞極限推算值。文中應(yīng)用此方法由紅外熱像技術(shù)測(cè)溫獲得了45鋼、Q235鋼和純銅試樣的疲勞極限，試驗(yàn)結(jié)果無論用單線擬合法還是雙線擬合法，均與常規(guī)方法所得值相差不大，在滿足精度的前提下其試驗(yàn)時(shí)間、成本上的效益明顯。能量變化、熱耗散體現(xiàn)了材料疲勞變化的過程特征，因此可以探索基于熱耗散預(yù)測(cè)材料疲勞壽命的方法，本文導(dǎo)出了疲勞壽命與溫度穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)每循環(huán)內(nèi)單位體積