扭轉(zhuǎn)荷載作用下5083鋁合金的超高周疲勞性能研究.pdf

1、近年來，工程機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度不斷提高，使用壽命不斷延長，在服役期內(nèi)需要經(jīng)歷高達(dá)1010的交變荷載作用。研究顯示，金屬材料在超高周階段仍然會發(fā)生破壞。從這個(gè)角度看，對金屬材料的超高周疲勞性能展開研究十分必要和迫切。
　　目前，超高周疲勞性能研究主要圍繞對稱拉壓、彎曲、非對稱拉壓、非對稱彎曲和環(huán)境因素影響的疲勞展開。研究的重點(diǎn)主要是疲勞壽命S-N曲線特征、試樣疲勞斷口形貌和疲勞斷裂機(jī)理。在許多軸類零件或彈簧構(gòu)件中，材料承受了不同程度的扭

2、轉(zhuǎn)荷載。但是，針對扭轉(zhuǎn)荷載作用下的超高周疲勞壽命仍鮮有學(xué)者關(guān)注。國外學(xué)者曾對彈簧鋼、鑄鋁的扭轉(zhuǎn)疲勞壽命展開研究，獲得了一些研究成果，但是相關(guān)領(lǐng)域的研究仍待進(jìn)一步開展。本文在參考國外扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，初步探索了扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)方法，成功開展了5083鋁合金扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)，初步研究了5083鋁合金扭轉(zhuǎn)疲勞性能。研究成果如下:
　　本文在拉壓試驗(yàn)設(shè)備的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了拉伸——扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換裝置，開發(fā)了超聲扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)。在現(xiàn)有標(biāo)定設(shè)備的基礎(chǔ)

3、上，完善了扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)的標(biāo)定方法。有關(guān)扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)裝置和方法的探索，為后續(xù)開展扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)打下基礎(chǔ)。
　　結(jié)合一維扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的解析解和有限元仿真結(jié)果，設(shè)計(jì)了扭轉(zhuǎn)實(shí)心試件和管狀試件。同時(shí)，為了獲得均勻分布的剪切應(yīng)力，本文還給出了等截面過渡的管狀試件。針對等截面過渡段試件的特點(diǎn)，討論了試件尺寸加工誤差對試件的共振頻率、應(yīng)力位移系數(shù)的影響，為等截面試件試驗(yàn)的開展提供參考依據(jù)。
　　利用超聲扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)獲得了5083鋁合金超高周疲

4、勞壽命數(shù)據(jù)，研究了超聲扭轉(zhuǎn)疲勞加載下的疲勞性能。同時(shí)，將5083鋁合金拉壓疲勞性能與扭轉(zhuǎn)疲勞性能進(jìn)行對比，討論了兩種荷載下疲勞性能的聯(lián)系。應(yīng)用Mises和Tresca準(zhǔn)則分析了拉壓與扭轉(zhuǎn)載荷的疲勞性能，并分析了其中機(jī)理。本文分析了5083鋁合金試件斷口形貌，分析發(fā)現(xiàn):疲勞裂紋萌生于試件表面或次表面，疲勞裂紋先以剪切模式擴(kuò)展，此擴(kuò)展階段的斷口磨損嚴(yán)重;在裂紋擴(kuò)展到一定長度時(shí)，裂紋開支分叉，以Ⅰ型模式擴(kuò)展，此階段的斷口呈現(xiàn)Ⅰ、Ⅱ型交互作用特