用于C250鋼的疲勞試驗(yàn)方法研究.pdf

1、材料低周疲勞(Low cycle fatigue，LCF)和疲勞裂紋擴(kuò)展(Fatigue crack propagation，F(xiàn)CP)性能是結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)和服役結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)所依賴的基礎(chǔ)。隨著中國(guó)“大飛機(jī)計(jì)劃”、“高鐵走出去戰(zhàn)略”以及大批核電項(xiàng)目的啟動(dòng)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與安全評(píng)價(jià)的重要性日益凸顯，對(duì)各種新材料和特種尺寸試件的LCF力學(xué)性能和FCP性能的試驗(yàn)方法提出了新需求。鑒于目前尚無彈塑性循環(huán)條件下材料扭轉(zhuǎn)疲勞及含裂紋小尺寸試樣的斷裂測(cè)試方法，

2、本文針對(duì)航空材料C250馬氏體時(shí)效鋼開展了扭轉(zhuǎn)LCF和C型環(huán)小試樣FCP試驗(yàn)方法的創(chuàng)新研究，完成了以下工作:
　　(1)完成了C250馬氏體鋼室溫、150℃、200℃和350℃下的單軸拉伸試驗(yàn)，獲得了材料四種溫度下單調(diào)應(yīng)力-應(yīng)變曲線。針對(duì)等直試樣高溫扭轉(zhuǎn)LCF存在的問題，設(shè)計(jì)了小曲率漏斗試樣，完成了150℃、200℃和350℃環(huán)境中在兩種加載比下的高溫扭轉(zhuǎn)LCF試驗(yàn)，獲得了扭矩T-名義扭轉(zhuǎn)角ψn（引伸計(jì)控制扭轉(zhuǎn)角）之間的試驗(yàn)關(guān)系。

3、
　　(2)提出了一種扭轉(zhuǎn)低周疲勞測(cè)試新方法:利用ANSYS剛性梁加載法實(shí)現(xiàn)了3D漏斗試樣的扭轉(zhuǎn)有限元分析，將單調(diào)拉伸試驗(yàn)得到的應(yīng)力-應(yīng)變曲線作為初始本構(gòu)關(guān)系，以試驗(yàn)得到的材料扭轉(zhuǎn)試樣的T-ψn曲線作為迭代目標(biāo)，通過有限元輔助測(cè)試（Finite-element-analysis aided testing，F(xiàn)AT）方法進(jìn)行反演分析，獲得材料的循環(huán)本構(gòu)關(guān)系，并基于該關(guān)系再次通過有限元分析，得到漏斗試樣根部剪切應(yīng)變?chǔ)门c名義扭轉(zhuǎn)角ψn關(guān)

4、系、剪切應(yīng)力τ與扭矩T關(guān)系的轉(zhuǎn)換公式。
　　(3)基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果和上述方法，獲得了在高溫循環(huán)條件下C250鋼扭轉(zhuǎn)試樣漏斗根部的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，并由此獲得了材料的扭轉(zhuǎn)LCF行為特性。對(duì)比Mason-Coffin模型、拉伸滯后能損傷模型和應(yīng)變壽命曲線三參數(shù)冪函數(shù)模型(TPM)，結(jié)果表明，采用三參數(shù)冪函數(shù)模型可以更好描述C250鋼的扭轉(zhuǎn)LCF特性，進(jìn)而給出了三種溫度和兩種加載比下的C250鋼扭轉(zhuǎn)LCF壽命的預(yù)測(cè)公式。
　　(4)針對(duì)工