沖擊頻率對(duì)低應(yīng)力多沖碰撞塑性變形的影響研究及建模.pdf

1、工程中許多關(guān)鍵零部件在應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料屈服極限的多次沖擊碰撞工況下仍會(huì)發(fā)生宏觀累積塑性變形，進(jìn)而產(chǎn)生失效，給企業(yè)帶來(lái)安全隱患和經(jīng)濟(jì)損失。因此對(duì)低應(yīng)力多沖碰撞塑性變形的研究具有重要的工程意義。低應(yīng)力多沖碰撞塑性變形的影響因素眾多，如材料性能、沖擊應(yīng)力、沖擊次數(shù)等。加載頻率是材料動(dòng)態(tài)力學(xué)響應(yīng)過(guò)程中非常重要的影響因素，加載頻率不同，零部件的力學(xué)響應(yīng)可能不同。本文重點(diǎn)研究沖擊頻率對(duì)低應(yīng)力多沖碰撞塑性變形的影響，并建立累積塑性形變量與相關(guān)影響因素的

2、數(shù)學(xué)關(guān)系模型，為工程應(yīng)用中低應(yīng)力多沖碰撞工況下零構(gòu)件形變量和壽命的預(yù)測(cè)、加載條件的設(shè)計(jì)等提供理論指導(dǎo)。
　　選用純鐵和45鋼作為試驗(yàn)材料，對(duì)每種材料分別進(jìn)行兩組不同沖擊頻率下的低應(yīng)力多沖碰撞試驗(yàn)。每組包含三個(gè)試驗(yàn)，對(duì)應(yīng)三種不同的沖擊頻率（0.25Hz、1Hz、4Hz），三個(gè)試驗(yàn)的沖擊載荷初速度、沖擊應(yīng)力和沖擊次數(shù)均一致。各組試驗(yàn)結(jié)果均表明，沖擊頻率越大，總累積塑性形變?cè)酱?；由單層形變率及硬化程度與距沖擊表層深度的關(guān)系曲線分析，總體

3、上單層形變率、硬化程度也隨沖擊頻率的增加而增大；總形變量、單層形變率均隨沖擊頻率的增加而非線性變化，頻率越大，總形變及單層形變率的增加量越小。
　　純鐵材料在低應(yīng)力多沖碰撞后，微觀組織中有明顯的穿晶裂紋，鐵素體晶粒存在碎化現(xiàn)象。頻率越大，晶粒碎化現(xiàn)象則越嚴(yán)重，形變率也越大。45鋼材料在低應(yīng)力多沖碰撞后，微觀組織中珠光體晶粒碎化嚴(yán)重，未破碎的珠光體晶粒中可觀察到明晰的亞晶界，網(wǎng)狀鐵素體有壓縮細(xì)化的現(xiàn)象。沖擊頻率越大，網(wǎng)狀鐵素體含量則

4、越少，其細(xì)化程度越大，珠光體晶粒碎化現(xiàn)象也越嚴(yán)重，最終形變量也越大。
　　分析認(rèn)為低應(yīng)力多沖碰撞塑性形變的產(chǎn)生主要是由于沖擊載荷的熱激活作用促使位錯(cuò)彎結(jié)的產(chǎn)生，降低了位錯(cuò)滑移的臨界切應(yīng)力，多次沖擊碰撞造成彎結(jié)沿位錯(cuò)線傳播，產(chǎn)生位錯(cuò)滑移應(yīng)變。沖擊載荷初速度及沖擊應(yīng)力不變時(shí)，沖擊頻率越大，原子易動(dòng)性越大，越易產(chǎn)生位錯(cuò)滑移，多次沖擊碰撞后，最終累積形變量越大。
　　在沖擊碰撞試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)外沖擊碰撞、微形變的研究成果，建立