非對稱載荷下AZ31B鎂合金的低周疲勞行為研究.pdf

1、作為一種比強(qiáng)度高和性能優(yōu)異的結(jié)構(gòu)材料，鎂合金具有密度小，比彈性模量大，散熱性能好等優(yōu)點(diǎn)，已在汽車、航空航天和電子產(chǎn)品等行業(yè)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。然而，在工程實(shí)際應(yīng)用中鎂合金材料不可避免的要承受非對稱循環(huán)載荷的作用，產(chǎn)生棘輪變形，加速疲勞損傷，降低材料的疲勞壽命，嚴(yán)重影響零部件的安全可靠性。因此，在對鎂合金材料/零部件進(jìn)行疲勞可靠性設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮棘輪效應(yīng)的影響。本文研究了AZ31B鎂合金的單軸棘輪效應(yīng)及低周疲勞行為，建立了可準(zhǔn)確描述AZ31B鎂

2、合金棘輪效應(yīng)的本構(gòu)方程，揭示了該材料在棘輪效應(yīng)和低周疲勞行為共同作用下的疲勞失效機(jī)理。研究的內(nèi)容和成果主要有:
　　(1)通過非對稱應(yīng)力循環(huán)實(shí)驗(yàn)，研究了AZ31B鎂合金的單軸棘輪效應(yīng)和低周疲勞行為。結(jié)果表明:AZ31B鎂合金的棘輪應(yīng)變隨平均應(yīng)力和應(yīng)力幅值的增大而增大，而受應(yīng)力率的影響較小;材料的低周疲勞失效壽命受平均應(yīng)力和應(yīng)力幅值影響較大，棘輪應(yīng)變對低周疲勞失效壽命影響顯著;單軸棘輪效應(yīng)和低周疲勞行為受加載歷史的影響明顯，先前較高

3、水平的加載史會(huì)抑制后續(xù)較低加載水平下的棘輪應(yīng)變;同等應(yīng)力水平條件下加載步的增加帶來了更多棘輪損傷和疲勞損傷，嚴(yán)重降低材料的疲勞壽命。
　　(2)在粘塑性本構(gòu)框架下，以O(shè)hno-WangⅡ隨動(dòng)強(qiáng)化律為基礎(chǔ)，提出了一個(gè)關(guān)聯(lián)等效最大應(yīng)力的強(qiáng)化律指數(shù)關(guān)系，建立了描述AZ31B鎂合金棘輪應(yīng)變的本構(gòu)方程，而且該模型具有較高的預(yù)測精度。
　　(3)通過分析疲勞失效試樣的顯微組織，研究了棘輪—疲勞行為共同作用下的疲勞失效機(jī)理。結(jié)果表明:棘輪

4、—疲勞行為的共同作用容易使AZ31B鎂合金內(nèi)部產(chǎn)生孿晶，從而降低材料的疲勞抗性;當(dāng)平均應(yīng)力和應(yīng)力幅值增大時(shí)孿晶數(shù)量會(huì)相應(yīng)增加從而降低材料的疲勞壽命;由于材料在常溫下具有率無關(guān)性，所以應(yīng)力率對孿晶影響不明顯;建立了預(yù)測非對稱應(yīng)力循環(huán)載荷作用下孿晶線密度的數(shù)學(xué)模型，其預(yù)測值的平均絕對誤差僅為6.93％。
　　(4)綜合考慮棘輪損傷和疲勞損傷的影響，建立了AZ31B鎂合金在非對稱循環(huán)載荷作用下的低周疲勞失效壽命預(yù)測模型，該模型預(yù)測誤差的