超高周疲劳研究现状及展望.pdf
- 文档编号:3217003
- 上传时间:2022-11-20
- 格式:PDF
- 页数:12
- 大小:885.51KB
超高周疲劳研究现状及展望.pdf
《超高周疲劳研究现状及展望.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《超高周疲劳研究现状及展望.pdf(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
l:
|乙械缛度2004,26(5):
526533超高周疲劳研究现状及展望枭RETROSPECTANDPRoSPIECTOFRYH【GHCYCLEFATI(孔甩周承恩“谢季佳一洪友士。
”(中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室,北京100080)ZHOUChengEnXIEJJiaHONGYOuShi(砒K砂如or口幻,y矿0以i聊口r胁c玩凡拯(M),风疵姚旷他c玩n洳,饥i懈eAc诎啊矿Sc如nces,莎昭100080,观ino)摘要超高周疲劳是指疲劳周次达到108及其以上时材料的疲劳行为。
与一般认识的疲劳行为不同之处是,超高周疲劳发生在传统疲劳极限以下,因此研究超高周疲劳行为有助于进一步理解疲劳的本质和疲劳机理。
文中综述近几年超高周疲劳研究的进展,包括超高周疲劳的典型特征,如s一曲线的特点、断口特征、断面上的鱼眼形貌以及裂纹的起源与扩展特征等;分析疲劳机理和相关的模型以及简要探讨影响超高周疲劳的一些因素,如加载频率、加载方式、氢的作用等。
在此基础上提出值得进一步研究的几个问题。
关键词超高周疲劳疲劳机理疲劳极限内部裂纹起源中图分类号03462Al袖阳ctHiglcyclefatigueist11ernostco姗onreaSonsfor陆lureofc伽耳)0nentsa11dstmcturesM0stoftlefati鼬etes协wereacc0Hlplishedbelowtentohun出地r晡uionsofcycksinlitemtuIeHawever,railwaywh胱lsandrails,硪蓉hore咖ctures,醅d驽es,etc,havetoendurefatigueloa出uptotenbillioncycles删10ut黼lureVerykghcycle枷gue(VHcF)ismestudy0f舢gue陆lurebellaviorsofmatedals锄dstmcturesat趴dbeyondhurldreds111iUionsofcvclesEveninsomeferrous衄terials,“|lichwere鹊s岫1edt0kweaf乱igLlelirnit,veryhighcyclef乩iguef越luresaredetectedTillnow,tlerearef毫woff缸iguetests,f越lure趴alysis蚰dr舱chani哪ofVHCFfatigue,compared埘thabund删resulton10wcyck舢gue(LCF)蚰dlliglcycle觚gue(HCF)regime眦sp畔sur】删zesworksofVHCFf撕gueinrecemyea玛,such鹊出eobsenratiollson6sh-eye,尚chisoneofthet印icalchracteristicsofVHCFfatigue,cracki血tiation,crackpI珥旧gation锄ddiscussionsabouttheshape0fs一curve,etcThepresentworkals0analyzestllefatiguenlechaJlisr璐andconcludessonletheoreticalmodelsofVHCFfhtigueSc盯11epossibleandprospective鹊pects0ffutIlrereseaIhes眦alsoproposedKeyw础very蚴cyde蜥gue;删珊愀llaIl蛔;删岫蛳t;sllb赋融伽溅湖伽啪co刖印,l幽唱口眦砌r:
z日DU仇臀眈,B,m订:
石吧加n拥e娩cn,屁x:
+86-1062561284MaIluscplDeceived20030503,inre“鸵dfoIm2003cr7211引言材料的疲劳以及与此相关的安全设计一直是人们十分关心的问题。
随着技术和需求的发展,在许多工业应用中,包括飞行器、汽车、铁路、桥梁、船舶等,部件的疲劳寿命通常要求在108以上,有时甚至达到1011周次。
虽然自18世纪中珊亩ler的工作以来,疲劳研究积累了大量的实验数据,建立了不少理论模型,但是,这些研究工作大多集中在低周疲劳(10wcyclefatigue,LCF)和高周疲劳(hi出cycle觚gue,HCF)阶段,循环周次不超过106107周次。
存在这种局面不外乎以下几个原因,其一,疲劳试验需要较长的时间和较高的费用。
由于循环载荷特征、外部环境、材料表面状况、温度以及实验样本个性行为导致疲劳数据的分散性(尤其在HcF阶段),需要大量的试样来获得疲劳寿命和了解疲劳机理。
即使在30Hz频率下,完成一个试样107周次的疲劳试验也需要近4天的时间。
其二,对大量应用的铁系合金,|s一曲线似乎存在一个水平渐进线,即传统意义下的疲劳极限。
低于该极限,材料似乎不会发生疲劳失效。
对非铁系合金不存在该极限,应用中需要定义相应载荷下的疲劳寿命,可是108周次以上的数据仍然缺乏。
其三,传统工程设计对疲劳寿命的要求决定了108周次以上的疲劳行为一直未受关注。
为了适应工程技术的需求,有必要而且必须研究108。
1012周次内材料的疲劳行为和疲劳机理。
该区来200姗收到初稿,2003072l收到修改稿。
料周承恩,男,19r72年9月生,内蒙古托县人,汉族。
中科院力学所LNM室博士研究生,研究方向为固体力学、材料的疲劳。
鬻料谢季佳,男,19r73年8月生,湖南衡阳人,汉族。
中国科学院力学研究所LNM室助研,研究方向为材料力学性能、纳米材料和结构。
*料洪友士,男,1951年7月生,福建省厦门市人,汉族。
中国科学院力学研究所所长,研究员,博士生导师,研究方向为材料力学性能与内部结构。
万方数据第26卷第5期周承恩等:
超高周疲劳研究现状及展望间的疲劳被称为超高周疲劳veryh诎cyclefati;ue(VHCF)幢3J,亦称之为ultmhi小cyclefatigue43或ultra1叫glifefatigue5J。
另外也有学者称之为gi鲫yclefatigueL6删。
由于超高周疲劳发生在传统疲劳极限以下,因此研究超高周疲劳行为不仅对疲劳设计具有指导意义,而且更有助于深入理解疲劳的本质,尤其是对裂纹起源和萌生的认识。
由于用传统方法进行超高周疲劳实验耗时长,超声疲劳成了一种研究VHCF的有效工具。
目前完成和正在进行的研究工作大部分采用了超声疲劳方法。
在20kHz频率下,完成109周次疲劳试验仅需十几个小时,而1010以上周次疲劳试验更是非超声方法莫属。
自上世纪50年代该方法出现以来,经过多年的发展,超声疲劳可以在不同载荷特征910|、不同环境11123和温度【13143等条件下进行,为疲劳研究提供了很好的手段。
另外值得关注的是,在Sal(ai以及Miller、Ritchie等发起的国际合作项目中,坚持用传统的方法研究VHcF问题,积累了大量的数据15。
,为分析超高周疲劳机理打下了良好的基础。
以下介绍近几年来该研究领域的一些实验和理论分析进展,包括超高周疲劳的特征、理论模型和影响因素等,并简要探讨该领域的发展前景。
限于目前的研究大部分集中在铁系合金上,以下的范围也主要集中于此,虽然非铁系合金及复合材料等的超高周疲劳行为也是值得研究的内容u氐17J。
2超高周疲劳的特征和疲劳机理超高周疲劳,或者说在传统意义的疲劳极限之下发生的疲劳断裂现象,首先是在高强钢和表面强化钢中发现的1819|。
在一般钢和球墨铸铁中也有这种现象发生。
包括超高周疲劳阶段在内的s一曲线一般表现为阶梯状(ste州se),如图l所示旧j。
由于目前已完成的超高周疲劳的周次仍限制在1010周次以内,1010以上材料的疲劳行为以及是否存在另一个“疲劳极限”仍不清楚。
材料可能不存在疲劳极限,对材料的疲劳设计有很大的影响。
对钢轨、桥梁和车辆等的设计,长期以来一直采用的是无限寿命设计准则,材料在传统疲劳极限以下仍然发生疲劳断裂的事实,使得该准则的使用受到怀疑。
与低周疲劳和高周疲劳中裂纹大多在材料或试样的表面出现相比,超高周疲劳的裂纹倾向于在材料的内部萌生。
这对其他一些设计方法,如破损一安全设计和损伤容限设计提出了很高的要求,因为裂纹萌生和扩展的监测变得十分困难。
而且,这两种设计方法适用于裂纹扩展较慢并有高断裂韧度的材料,在高强和超高强钢中应用这两种准则仍需要理论的发展和技术的进一步完善。
另外,对裂纹在表面萌生的情况,任何针对表面的物理或化学处理方法均有可能改善材料的疲劳性能。
而对裂纹萌生在内部的情况,改善材料疲劳性能需要考虑其他冶金学方面的方法。
21裂纹起源特征一般来说,低周疲劳有多个表面裂纹源,高周疲劳有单个表面裂纹源,其机理均为滑移造成材料表面的挤入挤出,逐渐形成驻留滑移带PsB(persistemslipband)。
由PSB发展成与主应力方向约成45。
角的表面裂纹(第1阶段),在跨过几个晶粒之后,逐步转向垂直于主应力方向的主裂纹(第阶段)n21I,其典型断口如图2a所示旧j。
超高周疲劳一般有单个的内部裂纹源,在断口上形成一个白色的亮点,即所谓的鱼眼状(fisheye)特征,如图2b所示,也有在一个断口上发现多个鱼眼的情况6j。
用扫描电镜观察裂纹源,发现裂纹源一般为较大的非金属夹杂物。
Nis嫡i呦等63
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 超高 疲劳 研究 现状 展望