缺口應(yīng)力集中對高速列車鋁合金超高周疲勞性能影響的研究.pdf

1、5083鋁合金是一種不可進行熱處理強化的合金材料，鎂是其主要合金元素，該材料的強度高，塑性好，具有良好的抗腐蝕性及易加工性，被大量應(yīng)用在高鐵列車的骨架、車體及外板，以及汽車、飛機、海事船舶等的焊接構(gòu)件。高速列車在運行過程中，其結(jié)構(gòu)將承受由振動引起的循環(huán)荷載作用，這種振動雖然應(yīng)力幅值不高，但循環(huán)周次很高(可達108～1010)，嚴(yán)重威脅著構(gòu)件在服役期的安全。因為結(jié)構(gòu)設(shè)計需要，會有一些截面形狀不連續(xù)的部分出現(xiàn)在機械構(gòu)件上，這些部分在外加應(yīng)力

2、作用下會產(chǎn)生局部的應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而成為結(jié)構(gòu)的弱點和裂紋開裂的主要區(qū)域，這種效應(yīng)被稱作缺口效應(yīng)。因此開展關(guān)于缺口應(yīng)力集中對5083鋁合金超高周疲勞性能影響的研究非常具有實際的必要性。
　　本文使用的加載頻率為20kHz的加速疲勞試驗裝置，與傳統(tǒng)的常規(guī)疲勞試驗技術(shù)相比，可以更快獲得構(gòu)件超高循環(huán)周次范圍內(nèi)的疲勞試驗數(shù)據(jù)。本文使用超聲疲勞試驗技術(shù)對不同應(yīng)力集中系數(shù)的板狀和圓柱形5083鋁合金試樣進行試驗，分別測得在105～1010超高周

3、次內(nèi)上述試樣的S-N曲線，研究了試樣形狀和缺口效應(yīng)對該材料疲勞性能的影響。并結(jié)合場發(fā)射掃描電鏡進行斷口微觀分析，對不同應(yīng)力集中系數(shù)和不同缺口形狀的鋁合金試樣疲勞斷裂機理分別進行了研究。
　　結(jié)果發(fā)現(xiàn)在107循環(huán)周次以上，不同形狀的兩種5083鋁合金缺口試樣的S-N曲線，都沒有出現(xiàn)所謂的疲勞極限。該材料109周次對應(yīng)的疲勞壽命遠遠小于107周次時的壽命，因此不能使用107周次時的條件疲勞極限作為5083鋁合金在超高周次范圍內(nèi)的疲勞強

4、度判據(jù)。
　　試樣形狀對5083鋁合金疲勞性能影響的研究表明:與光滑柱狀和光滑板狀試樣的S-N曲線對比一樣，不同形狀5083鋁合金缺口試樣的疲勞壽命（S-N）曲線有不同的規(guī)律，其中圓柱變截面缺口試樣的S-N曲線，在雙對數(shù)坐標(biāo)系中呈連續(xù)下降的趨勢，而板狀狗骨形缺口試樣的S-N曲線，在雙對數(shù)坐標(biāo)系中為兩段不同趨勢的曲線。在106～1010加載周次范圍內(nèi)板狀試樣的疲勞壽命都明顯低于柱狀試樣的疲勞壽命，并在107周次附近試樣形狀對疲勞壽命