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金属材料的多轴疲劳行为与寿命估算

王英玉  
【摘要】:航空航天、核电站、化工及车辆运输等领域的许多零部件都是在复杂的多轴应力状态下工作,然而由于多轴疲劳本身存在的复杂性,目前在试验和理论各方面对多轴疲劳的研究还很不成熟。因此,对多轴疲劳损伤及寿命预测方法进行系统深入地研究具有重要的理论意义和工程实用价值。 本文采取试验与理论相结合的研究方法,进行大量的疲劳试验,并根据目前多轴疲劳理论的最新成果,对金属的多轴疲劳损伤及寿命预测问题进行了深入研究。 对 LY12CZ 铝合金光滑薄壁管试件和 LY12CZ 铝合金薄壁管缺口试件进行了拉扭复合双轴加载的多种比例及非比例路径下的常幅疲劳寿命试验。并对 LY12CZ 铝合金光滑薄壁管试件进行了多种路径下的两级变幅和两级变路径的多轴累积疲劳实验。 应用所得实验数据对常用的多轴疲劳破坏准则进行试验验证,在此基础上,有针对性的对临界面上的应力、应变参数进行深入分析与研究,提出了一个新的、具有明确物理意义并能广泛适用于多种金属材料的多轴疲劳破坏准则。经试验验证,得出本文提出的以最大疲劳破坏平面为临界面的疲劳破坏准则可以给出令人满意的疲劳寿命预测结果,且偏于安全。 应用所得试验数据对现有的常用疲劳损伤累积模型进行验证,在Manson 损伤曲线累积模型中引入与载荷路径相关的应力及应变参数,提出了一个适用于多轴非比例加载的非线性疲劳损伤累积模型。通过试验的验证,表明本文提出的非线性疲劳损伤累积模型能给出令人满意的结果,预测寿命在 2 倍因子内。


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