鈦合金多軸疲勞壽命預(yù)測方法研究.pdf

1、工程實(shí)際中的許多結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、機(jī)匣以及主軸等常常處于多軸應(yīng)力狀態(tài)，一方面是由于這些結(jié)構(gòu)本身的幾何形狀比較復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)上往往具有小孔、凸臺(tái)、溝槽、焊縫等，即使僅承受單一疲勞載荷作用，結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力應(yīng)變分布實(shí)際為多軸應(yīng)力狀態(tài)；另一方面這些結(jié)構(gòu)在工作時(shí)往往承受多種載荷的循環(huán)作用，各載荷之間可能為比例加載，也可能為非比例加載，甚至是隨機(jī)加載。因此，發(fā)展相應(yīng)于多軸的疲勞理論和疲勞試驗(yàn)方法對(duì)于更好地解決實(shí)際問題有著十分重要的意義。本文

2、選取航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)典型材料TC4鈦合金，對(duì)其開展多軸疲勞試驗(yàn)與理論研究，論文的主要內(nèi)容包括以下四個(gè)方面：
　　針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)典型材料TC4鈦合金開展了單軸、多軸疲勞試驗(yàn)研究，試驗(yàn)包括準(zhǔn)靜態(tài)拉伸、單向拉壓疲勞、純扭轉(zhuǎn)疲勞、比例與非比例常幅多軸、變幅多軸、缺口常幅多軸及缺口變幅多軸疲勞試驗(yàn)。試驗(yàn)研究表明，TC4鈦合金在循環(huán)載荷作用下呈現(xiàn)循環(huán)軟化現(xiàn)象。采用位移控制模式對(duì)光滑薄壁圓筒進(jìn)行常幅多軸疲勞試驗(yàn)的結(jié)果表明，45o和90o非比例

3、載荷下，TC4鈦合金非比例硬化現(xiàn)象明顯，在低壽命區(qū)，非比例載荷路徑下的疲勞損傷更大，疲勞壽命降低。采用載荷控制模式對(duì)兩種類型的缺口件進(jìn)行缺口多軸疲勞試驗(yàn)的結(jié)果表明，45o和90o非比例載荷下的疲勞損傷比比例載荷下的小，疲勞壽命較長。
　　驗(yàn)證和評(píng)估了幾種常用的多軸疲勞壽命模型對(duì)TC4鈦合金多軸常幅疲勞壽命的預(yù)測能力，并在此基礎(chǔ)上基于臨界平面理論，提出了一種新的多軸疲勞壽命預(yù)測模型，該模型以最大剪應(yīng)變幅平面為臨界平面，考慮了臨界平面

4、上的正應(yīng)力和正應(yīng)變對(duì)疲勞損傷的貢獻(xiàn)，可以同時(shí)適用于比例和非比例加載下的多軸疲勞問題，能夠描述平均應(yīng)力對(duì)材料多軸疲勞壽命的影響。采用TC4鈦合金及其他5種金屬材料的多軸常幅疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)該模型的壽命預(yù)測能力進(jìn)行驗(yàn)證和評(píng)估，結(jié)果表明提出的多軸疲勞壽命模型具有較高的預(yù)測精度。
　　基于本文提出的多軸疲勞壽命模型，針對(duì)變幅多軸載荷下的疲勞壽命問題，提出了一種變幅多軸載荷下的疲勞壽命預(yù)測方法。采用TC4鈦合金及其他三種金屬材料的多軸變幅疲勞

5、試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)該方法的壽命預(yù)測能力進(jìn)行了驗(yàn)證和評(píng)估，對(duì)幾種材料的多軸變幅疲勞壽命預(yù)測結(jié)果均在試驗(yàn)結(jié)果的2倍分散帶內(nèi)。
　　提出了缺口件在多軸載荷下疲勞危險(xiǎn)點(diǎn)的確定方法。將臨界距離理論應(yīng)用于缺口件多軸疲勞壽命預(yù)測中，給出了多軸載荷作用下缺口件缺口根部損傷梯度修正的點(diǎn)法和線法的臨界距離的計(jì)算方法。采用TC4鈦合金缺口件的多軸疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)點(diǎn)法和線法的疲勞損傷梯度修正能力進(jìn)行了評(píng)估，結(jié)果表明這兩種方法具有良好的損傷梯度修正能力，并且修正能力