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低周疲劳下中碳钢的损伤分析

鲁春朋  
【摘要】:裂纹技术的本质是在适宜的预荷方式造成的敏感应力状态下,利用人为切口的应力集中效应或缺口效应,使切口尖端的裂纹扩展,从而实现固体材料连续界面快速和规则分离。从防止断裂到谋求断裂或设计断裂,称为“裂断设计”,它是裂纹理论沿着有控规则断裂方向上所出现的新分支。 旋转弯曲下料法是裂纹技术中的一种下料方法,它充分利用了缺口效应和弯曲疲劳效应,因此能够实现材料在低应力水平下的脆断,获得无几何畸变和断口垂直平整的毛坯;并且这种下料方法还具有下料时间短、能耗低、对材质没有影响、节约原材料等优点;尤其适用于切断塑性材料,因此研究其机理是完善裂纹技术原理和改进下料设备的重要内容之一。 本文从旋转弯曲断料机理出发,选取带有预制V型缺口的45钢为研究对象,通过控制加载过程中的应变幅,研究缺口对棒料疲劳寿命的影响。应用低周疲劳下延性材料寿命预测的理论知识,提出了修正的Manson寿命模型,并且把经典的Manson-Coffin模型、修正的Manson模型和实验数据进行了比较,发现修正的Manson模型结果误差远远小于经典的Manson-Coffin模型结果的误差,与实验值吻合较好,从而论证了模型的正确性。而且,大大降低了模型求解计算过程的难度,同时讨论了模型产生误差的原因,对于工程实际有一定的应用价值。 从损伤力学出发,利用损伤变量是一个过程变量这一特性,把它应用到模拟裂纹扩展过程中,推导出新的寿命预测模型;再综合应用试验所得数据,采用最小二乘法,得到了不同缺口样件下的损伤—寿命模型,并且给出了样件在不同约束下的损伤—寿命曲线。并对比已有文献和研究,验证了其正确性。 最后,通过宏观断口分析,得出旋弯疲劳断口的一些新的特点,和拉-压断口进行了对比。 本文的探讨,对中碳钢的低周疲劳寿命估算有重要意义。同时,完善了裂纹技术的基础理论,为进一步改进和开发新一代旋转弯曲型断料机提供了理论依据。


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