基于溫度分布特征快速測(cè)定金屬材料疲勞極限方法研究.pdf

1、作為一種潛力巨大的新型結(jié)構(gòu)材料，鎂合金目前被廣泛應(yīng)用于航天航空等交通運(yùn)載結(jié)構(gòu)中，這些結(jié)構(gòu)均承受交變載荷易發(fā)生疲勞斷裂失效。疲勞斷裂通常發(fā)生在較低的應(yīng)力水平下，并且在最終斷裂之前通常不會(huì)出現(xiàn)明顯的塑性變形，一旦發(fā)生疲勞破壞事故，人們的生命和財(cái)產(chǎn)將受到嚴(yán)重的威脅。
　　材料的疲勞產(chǎn)熱與其疲勞損傷過(guò)程有著密切的聯(lián)系。研究發(fā)現(xiàn)，在疲勞載荷作用下，施加于金屬材料的機(jī)械功通常以熱量的形式耗散，并同時(shí)造成材料溫度的變化。紅外熱成像技術(shù)可以快速實(shí)

2、時(shí)地獲得被測(cè)目標(biāo)的溫度信息。因此，紅外熱成像技術(shù)在金屬材料疲勞行為的研究中獲得了廣泛應(yīng)用。
　　本文利用紅外熱像儀采集鎂合金在高周疲勞載荷作用下的溫度數(shù)據(jù)，并結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)獲得的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分析了不同應(yīng)力水平下AZ31B鎂合金表面溫度變化特征，利用AZ31B鎂合金試件在疲勞載荷下的溫度分布特征信息對(duì)其疲勞極限進(jìn)行預(yù)測(cè)。
　　將紅外熱成像儀獲得的溫度數(shù)據(jù)剔除了熱傳導(dǎo)的影響，對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，得到AZ31B鎂合

3、金在高周疲勞載荷下的熱耗散率，論文對(duì)疲勞產(chǎn)熱的熱源強(qiáng)度進(jìn)行直接研究，而非通過(guò)溫度數(shù)據(jù)間接的分析疲勞產(chǎn)熱過(guò)程。當(dāng)施加在AZ31B鎂合金上的應(yīng)力高于其疲勞極限但不超過(guò)其屈服極限時(shí)，在宏觀(guān)疲勞裂紋萌生之前，AZ31B鎂合金試件中心溫度經(jīng)歷了先快速上升，隨后快速下降，最后趨于穩(wěn)定的三個(gè)階段。材料在疲勞載荷下的產(chǎn)熱量的多少取決于其循環(huán)塑性變形能力的大小。AZ31B鎂合金在疲勞載荷作用下產(chǎn)生了嚴(yán)重的加工硬化，導(dǎo)致其塑性變形能力的大幅度下降。進(jìn)一步的

4、，熱耗散率隨著鎂合金塑性變形能力的減弱而降低，同時(shí)引起鎂合金試件中心溫度的快速下降。
　　在對(duì)高周疲勞載荷下AZ31B鎂合金試件中心溫度及熱耗散率演化規(guī)律研究的基礎(chǔ)上，本文對(duì)AZ31B鎂合金試件表面的溫度分布進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，在不同應(yīng)力水平下，疲勞試件上的溫度分布呈現(xiàn)不同的規(guī)律。根據(jù)這一規(guī)律，本文提出一種基于試件表面溫度特征的疲勞極限快速測(cè)定新方法，即溫度特征法。
　　利用溫度特征法測(cè)得AZ31B鎂合金的疲勞極限平均值為

5、103.84MPa;根據(jù)傳統(tǒng)試驗(yàn)方法測(cè)得的疲勞極限為97.29 MPa;利用Luong法測(cè)得的AZ31B鎂合金疲勞極限為105.20MPa。三種方法獲得的結(jié)果較為一致。與其他兩種方法相比，溫度特征法能夠在一定程度上節(jié)約試驗(yàn)時(shí)間和消耗試件的數(shù)量。理想情況下，溫度特征法只需要對(duì)一根疲勞試件進(jìn)行一次短時(shí)間的加載便可以測(cè)定AZ31B鎂合金的疲勞極限。
　　本文提出的基于溫度特征的疲勞極限快速測(cè)定法同樣適用于446鐵素體不銹鋼。446鐵素體