《金屬材料多軸-高周疲勞載入軟性係數研究》是依託北京航空航天大學，由張建宇擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：金屬材料多軸-高周疲勞載入軟性係數研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：張建宇
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對金屬材料多軸-高周疲勞破壞模式缺乏物理判據的問題，本項目以航空結構常用金屬材料為研究對象，通過系統的實驗和理論研究，探索多軸循環載荷作用下金屬材料高周疲勞失效機理，定義疲勞載入軟性係數作為金屬材料在多軸循環載荷下失效模式的判據，並明確其概念的內涵、外延及適用範圍。課題組依據已完成的鋁合金光滑試樣比例、非比例和不同平均應力的等幅載入試驗，初步給出了疲勞載入軟性係數定義。本項目將開展變幅載荷下鋁合金拉扭疲勞失效研究，分析變幅載荷對多軸高周疲勞破壞模式的影響，給出變幅載荷下疲勞載入軟性係數的定義；開展缺口試樣等幅載入多軸高周疲勞失效研究，研究應力集中對材料失效模式的影響，從而給出缺口試樣疲勞載入軟性係數的定義；開展其它典型金屬材料拉扭疲勞失效研究，明確疲勞載入軟性係數對不同類型金屬材料多軸高周疲勞失效模式判別的普適性。在此基礎上建立基於疲勞失效機理的多軸高周失效準則和疲勞壽命模型。
結題摘要
本項目以航空結構常用金屬材料為研究對象，進行不同載入參量下的多軸高周疲勞試驗，研究應力幅比、相位差、拉伸平均應力和扭轉平均應力對多軸高周疲勞失效的影響，對不同載入參量下試件的失效模式進行了分析，探索多軸循環載荷作用下金屬材料高周疲勞失效機理，定義疲勞載入軟性係數作為金屬材料在多軸循環載荷下失效模式的判據，並提出以臨界面為基礎的多軸高周疲勞失效預測模型。本項目的主要貢獻有以下幾個方面： (1) 定義了疲勞載入軟性係數，預測多軸-高周疲勞失效模式。通過不同載入參量的拉-扭疲勞試驗，研究了比例載入和非比例載入對多軸-高周疲勞失效的影響。結合裂紋萌生及擴展的機理分析，研究了疲勞失效主要影響參量最大主應力、最大剪應力在不同載入參量下的變化規律，得到了多軸高周疲勞失效的主要控制參量。借鑑靜力中的軟性係數，提出了多軸高周疲勞載入軟性係數。套用該係數對不同載入參量下試樣的失效形式進行了預測。 (2)揭示了拉伸平均應力和剪下平均應力對多軸高周疲勞失效的影響規律。通過不同拉伸平均應力下的單軸疲勞和多軸疲勞試驗，研究了拉伸平均應力對多軸疲勞失效的影響規律，以及在單軸疲勞和多軸疲勞中拉伸平均應力的影響和聯繫；通過不同剪下平均應力下的扭轉疲勞和多軸疲勞試驗，研究了比例、非比例載入下剪下平均應力對多軸疲勞失效的影響規律；通過同時存在拉伸平均應力和剪下平均應力下的多軸疲勞試驗，研究了比例、非比例載入下兩種平均應力同時作用時對多軸疲勞失效的影響規律。 (3)建立了以臨界面方法為基礎的多軸高周疲勞失效模型。通過對不同載入參量下多軸高周疲勞的試驗研究、理論分析及疲勞斷口的宏微觀特徵，得到拉扭複合載入下多軸高周疲勞的失效模式及反映載入參量量化影響的疲勞失效控制參量。利用分析的結果，以多軸高周疲勞臨界面準則為基礎，建立了多軸高周疲勞失效預測模型。該模型採用最大主應力峰值和最大剪應力變程的線性組合來預測多軸高周疲勞壽命，套用本項目試驗結果及其它文獻的金屬材料試驗結果對該模型進行了驗證。 本項目開展的不同載入參量多軸-高周疲勞試驗，在方法和結果上可以為研究不同材料及零部件的多軸疲勞特性提供參考；進行的多軸高周疲勞斷口分析以及所提出的疲勞載入軟性係數，可以為多軸高周疲勞失效預測提供依據和基礎；建立的以臨界面為基礎的多軸高周疲勞失效預測模型，可以用於工程結構的多軸疲勞壽命預測。
