用于C250鋼的疲勞試驗方法研究.pdf

1、材料低周疲勞(Low cycle fatigue，LCF)和疲勞裂紋擴展(Fatigue crack propagation，F(xiàn)CP)性能是結構安全設計和服役結構完整性評價所依賴的基礎。隨著中國“大飛機計劃”、“高鐵走出去戰(zhàn)略”以及大批核電項目的啟動，結構設計與安全評價的重要性日益凸顯，對各種新材料和特種尺寸試件的LCF力學性能和FCP性能的試驗方法提出了新需求。鑒于目前尚無彈塑性循環(huán)條件下材料扭轉疲勞及含裂紋小尺寸試樣的斷裂測試方法，

2、本文針對航空材料C250馬氏體時效鋼開展了扭轉LCF和C型環(huán)小試樣FCP試驗方法的創(chuàng)新研究，完成了以下工作:
　　(1)完成了C250馬氏體鋼室溫、150℃、200℃和350℃下的單軸拉伸試驗，獲得了材料四種溫度下單調應力-應變曲線。針對等直試樣高溫扭轉LCF存在的問題，設計了小曲率漏斗試樣，完成了150℃、200℃和350℃環(huán)境中在兩種加載比下的高溫扭轉LCF試驗，獲得了扭矩T-名義扭轉角ψn（引伸計控制扭轉角）之間的試驗關系。

3、
　　(2)提出了一種扭轉低周疲勞測試新方法:利用ANSYS剛性梁加載法實現(xiàn)了3D漏斗試樣的扭轉有限元分析，將單調拉伸試驗得到的應力-應變曲線作為初始本構關系，以試驗得到的材料扭轉試樣的T-ψn曲線作為迭代目標，通過有限元輔助測試（Finite-element-analysis aided testing，F(xiàn)AT）方法進行反演分析，獲得材料的循環(huán)本構關系，并基于該關系再次通過有限元分析，得到漏斗試樣根部剪切應變γ與名義扭轉角ψn關

4、系、剪切應力τ與扭矩T關系的轉換公式。
　　(3)基于實驗結果和上述方法，獲得了在高溫循環(huán)條件下C250鋼扭轉試樣漏斗根部的應力應變狀態(tài)，并由此獲得了材料的扭轉LCF行為特性。對比Mason-Coffin模型、拉伸滯后能損傷模型和應變壽命曲線三參數(shù)冪函數(shù)模型(TPM)，結果表明，采用三參數(shù)冪函數(shù)模型可以更好描述C250鋼的扭轉LCF特性，進而給出了三種溫度和兩種加載比下的C250鋼扭轉LCF壽命的預測公式。
　　(4)針對工