《燒結金屬材料循環損傷和多軸低周疲勞研究》是依託北京理工大學，由袁荒擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：燒結金屬材料循環損傷和多軸低周疲勞研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：袁荒
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
燒結粉末金屬廣泛套用於汽車及航空工業。隨著技術套用要求的不斷提高，對零件強度分析和疲勞壽命預測提出了更高的要求，粉末零件結構耐久性和完整性已成為近年來國外竟相開展的的研究課題。由於燒結粉末金屬零件的特殊製備過程，使其微觀結構與常規材料大不相同，不能用常規的力學模型來表征其材料變形和損傷機理。本項目擬從三方面對燒結材料的細觀變形力學模型以及疲勞壽命進行研究，建立承載零件結構的強度設計理論：（1）從掃描電鏡觀察和微變形、微硬度測量入手，建立燒結粉末金屬的非彈性本構方程；引入材料特徵變數，為材料的研製和零件的最佳化提供力學性能的依據。（2）基於巨觀拉扭試驗及細觀力學的研究，提出燒結粉末材料的循環損傷力學模型，推導隱式應力積分方法並編制相關軟體，為疲勞分析、壽命預測提供更準確的計算方法。（3）通過系統的多軸疲勞試驗，套用基因表達式編程方法，建立多軸疲勞壽命模型，為燒結粉末材料的建立疲勞壽命設計方法。
結題摘要
燒結粉末合金材料在汽車工業、航空工業得到了廣泛的套用，隨著技術要求的不斷提高和粉末零件的增加，對零件強度分析和疲勞預測提出了更高的要求，試驗表明已有的損傷力學和疲勞壽命預測方法不能準確地表征燒結材料的性能，燒結材料損傷機理和演化完全不同於常規金屬材料，文獻中沒有相應的疲勞損傷力學模型，其疲勞耐久性和完整性已成為近年國外研究熱點。本項目從以下三方面對燒結粉末金屬材料的細觀變形力學模型以及疲勞壽命進行研究：（1）從細觀力學模型入手，結合電鏡變形觀察和粉末顆粒細觀硬度測量，首次通過測量預變形試件細觀硬度，推演顆粒細觀應變，量化粉末燒結材料損傷演化過程，形成燒結粉末金屬變形和損傷的聯繫，建立基於細觀和巨觀材料試驗的損傷演化方程，闡明材料初始空隙率和材料變形、損傷的關係。（2）提出燒結粉末材料循環損傷力學模型，引入三個不同階段的材料損傷變數：彈性損傷、塑性損傷及疲勞損傷，並建立了相應的多軸損傷演化方程，推導隱式應力積分方法並編制相關的有限元軟體，為疲勞分析提供更準確的計算方法，為定量分析零件疲勞損傷和可靠性提供理論基礎。在Ohno-Wang循環塑性力學框架下，提出了疲勞損傷塑性力學模型，並建立了有限元計算方法，植入商業工程軟體ABAQUS，對不同試件進行了計算分析，包括缺口試件和非比例多軸疲勞試驗等，得到了很好的計算結果。為粉末燒結材料的計算分析提供了計算模型和方法。（3）通過系統的多軸疲勞試驗，建立燒結材料多軸疲勞壽命模型，形成零件低循環疲勞壽命設計方法，得到了很好的試驗驗證。本項目開展了多軸載荷條件下粉末燒結材料低循環疲勞試驗，積累了大量的試驗數據，系統研究了現有疲勞壽命模型的可用性和局限性，表明比例載入條件下燒結材料的疲勞壽命可以通過能量疲勞模型表征，但非比例載荷條件下疲勞壽命遠大於比例載入的疲勞試件，已有的模型預測結果偏於保守。由於損傷方向的變化，非比例多軸損傷無法與標量損傷變數像吻合，需要張量損傷變數來表征材料損傷過程。
