《超高周疲勞短裂紋晶內低速擴展機理的原位觀測研究》是依託四川大學，由王寵擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：超高周疲勞短裂紋晶內低速擴展機理的原位觀測研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王寵
- 依託單位：四川大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
循環載荷下短裂紋的起裂門檻與擴展不同於長裂紋，但機理研究不足。在超高周範疇，短裂紋起裂與擴展是疲勞總壽命的重要部分。掌握短裂紋的擴展規律對於提升壽命預測水平和完善全壽命設計理論等方面作用突出。本項目用兩種代表性金屬的超大晶粒試件，採用超聲疲勞試驗結合原位紅外熱成像和顯微觀測，研究預製短裂紋在單個晶體內的低速擴展行為。是綜合數字圖像相關分析、熱耗散分析和微觀組織演化分析等方法的實驗研究。項目通過對比實驗，量化短裂紋近門檻值擴展速率，研究短裂紋的晶內低應力擴展規律；探討微觀組織結構、材料力學性能、缺口長度和應力水平對短裂紋擴展的影響，提出物理意義明確的短裂紋低應力疲勞擴展機理並建立相應的壽命預測模型；分析不同載荷周次下的裂尖變形及溫度場變化，闡明短裂紋擴展與裂尖應變和熱耗散的關係。本項目的開展對提升工程結構壽命預測的精準度，拓展紅外非接觸監控技術，支撐多尺度計算細觀力學研究有重要現實意義。
結題摘要
長壽命疲勞損傷失效及檢測是航空航天等重大裝備亟待解決的一個迫切問題，鑒於超高周循環所對應的載荷水平，對長壽命疲勞裂紋的研究及診斷相對滯後。儘早在損傷初期發現、跟蹤、評估疲勞裂紋可在較大程度避免嚴重災害事故及損失。本項目採用超聲疲勞試驗結合原位紅外熱成像和顯微觀測技術研究了兩種晶體結構代表性金屬試件在超高周疲勞載荷下短裂紋低速擴展行為。通過對光滑試件及含缺口薄板試件的初始損傷及裂紋萌生擴展的觀測，細化了超高周疲勞裂紋擴展的不同的階段，測定了短裂紋擴展速度，發現短裂紋從起始到轉入長裂紋擴展速度總體降低，可低至埃米量級；歸納了顯微組織對短裂紋擴展的影響， 裂紋擴展至晶界或晶內局部殘餘應力處發生轉折，與長裂紋沿裂尖塑性區擴展不同，巨觀上呈平直斷口；闡明了短裂紋擴展機理，提出了基於粘彈性能釋放的短裂紋擴展，並造成長壽命疲勞裂紋初期的解理斷面。隨著粘彈性能的降低，短裂紋擴展速率降低。建立了對於短裂紋起始閾值的基於彈性模量和原子間距兩個明確物理參數的計算模型。發現了短裂紋向轉變時的熱耗散閾值，該閾值除了可用於判定超高周疲勞裂紋是否已轉入穩態長裂紋擴展，也可用於表征裂紋巨觀塑性區範圍。同時項目開展了新型工程材料的短裂紋擴展及斷裂行為研究。項目成果可進一步轉化用於提升工程結構壽命預測的精準度，拓展非接觸疲勞損傷監控技術，具有較好學術價值和工程意義。
