红外热像法快速确定45#钢的疲劳性能

红外热像法作为一种无损、实时及非接触的测试技术,在疲劳研究领域得到广泛的应用.该方法克服了传统试验方法周期长、所需试验试件和费用多的困难.本文利用红外热像仪测量了疲劳试验中45#钢试件表面温升变化,根据红外疲劳极限快测法得到疲劳极限,并由累积塑性功和塑性温升之间的相关假设,推导出了试件疲劳寿命的计算公式.试验结果表明,红外热像法可以快速、准确地确定材料的疲劳极限和S-N曲线.     

疲劳过程中生热机理的实验探讨

传统的疲劳试验方法确定材料的疲劳极限时试验周期长、需要试件多,故高试验成本成为疲劳试验中一个难以解决的问题.文中利用具有准确、快速、便捷、低成本等优点的热像法测定了多种载荷工况下Q235钢的疲劳极限,并对不同的黏或/和塑性效应主导的生热机制进行了探讨.材料疲劳过程中,疲劳极限之下的载荷引起的温度波动来源于热弹性效应,温升来源于材料的非弹、塑性效应(如黏性效应);而疲劳极限之上的载荷引起塑性功累计,导致疲劳损伤产生,使得温升机制出现转折.通过对试验数据的分析,求出了材料的黏性系数,给出了利用塑性能耗的起点确定材料疲劳极限的方法.     

利用红外热像技术快速预测材料的S-N曲线

研究材料疲劳一般采用试验的方法,但试验周期长, 所需试验试件和费用多,一直以来都是材料疲劳试验难以克服的困难,人们一直在探寻能快速得到材料疲劳性能的方法.本文在前人研究的基础上,采用红外热像技术,确定了材料的疲劳极限,并在"同种试件疲劳破坏消耗的塑性功不变"的假设下,通过建立塑性温升、热耗散、塑性功之间的关系给出了试件疲劳寿命的计算公式.由此经过简单的试验,理论上用一根试件,试验几个小时就可以快速确定材料的疲劳寿命,给出材料的S-N曲线.     

疲劳热像法研究综述

能量方法是疲劳研究的重要方法,新兴的红外热像技术则是实现这一方法的重要手段.红外热像法作为一种无损、实时及非接触的测试技术,已被广泛地应用于疲劳研究中. 近年来,提出了一些用于快速确定材料及构件疲劳极限的热像法,并得到了很好地开发与推广.文中介绍了疲劳热像法的兴起、发展与深入研究,讨论了该领域出现的主要问题及当前的研究热点,并展望了疲劳热像法的研究前景.      

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为降低用来确定疲劳极限的升降法试验的工作量，以热力学为基础，引入损伤驱动力，构建 损伤演化方程. 积分此方程得到疲劳寿命与应力或应变的理论关系. 对光滑试件，根据成组 法疲劳试验结果利用最小二乘法拟合包括疲劳极限在内的材质参数. 利用损伤力学方法求得 高应力区的疲劳寿命曲线，由此递推得到低应力区寿命值和疲劳极限. 所得理论疲劳极限值 与升降法疲劳试验结果十分吻合. 节约了疲劳试验的机时、费用与人力.     

疲劳特性的红外热像定量分析方法研究进展

定量红外热像法, 作为一种无损、全场、实时、非接触的测试手段, 不仅能够用于对材料内部缺陷的无损检测, 而且能够对在役结构的疲劳损伤演化状态进行识别. 定量红外热像法还能够快速预测材料的疲劳极限和S-N (stress-number of cycles) 曲线, 实验周期短, 成本低. 文中较为系统地综述了定量红外热像法的发展现状及应用, 讨论了定量红外热像法应用过程中的几个重点问题. 最后总结展望了定量红外热像法的未来发展方向及应用前景.     

金属连接导管振动疲劳极限测试方法研究

为确定滚压和焊接钛合金导管的振动疲劳极限寿命,采用HB5277-84规定的振动疲劳试验方法和失效准则。分别利用激光位移传感器和电阻应变片测定了试件的第一阶频率和规定加速度载荷激励下的试件悬臂端位移及试件根部的应变。试验发现：对于具有连接特性的试件在进行定频振动疲劳试验初期,试件第一阶响应频率快速下降,此时试件并未发生裸眼可见破坏和裂纹。为满足产品定寿要求,采用逐级增加试验载荷进行扫频振动试验,直至试件频率稳定以及根部应变和端部位移达到试验要求后,再进行正式定频振动疲劳试验,仍采用依据频率下降1%作为失效准则完成了所用规定试验。     

腐蚀与缺口对LY11铝合金疲劳极限影响的试验研究与分析

以飞机螺旋桨叶常用材料ＬＹ１１ＣＺ铝合金锻件的材料试件、腐蚀试件和缺口试件的疲劳极限实验结果为依据,研究了腐蚀与缺口对疲劳极限的影响,给出腐蚀试件和缺口试件疲劳极限的关系,并建立起一种只用材料疲劳极限来确定严重腐蚀情况对应的疲劳极限分布的方法,以适应螺旋桨叶等按无限寿命准则设计的构件评估腐蚀后疲劳可靠性的工程需求．     

TC4钛合金超高周次轴向振动疲劳试验

应用基于压电超声疲劳试验技术开发的20kHz轴向振动疲劳试验系统,完成了室温下TC4钛合金超高周疲劳试验,获得了TC4合金在107～109周次范围内的轴向振动疲劳寿命曲线(S-N曲线);运用C.Paris推导公式预测了TC4合金材料的寿命,得到各应力水平下破坏率为50％、95％、99％的安全寿命.结果表明:在疲劳循环大于107周次时,试件仍会发生疲劳断裂,疲劳强度随循环次数的增加而下降,并不存在明显的疲劳极限.TC4合金的S-N曲线在107～109周次的范围内呈连续下降型.在轴向振动超高周疲劳试验中,试件的裂纹扩展寿命只占其在50％破坏率下疲劳安全寿命的一小部分,其疲劳寿命主要由试件的裂纹萌生寿命决定.     

结构金属材料超高周疲劳破坏行为

受传统试验方法的限制,结构材料的疲劳研究范围常限于107周次以内。然而,过去十年出现了一系列意料之外的破坏事件,尤其是对于认为具有明显疲劳极限的钢铁结构部件。因此,对于不同材料达到1010周次的超高周疲劳行为的研究引起了广泛关注,尤其是近年来成为了热点。本文综述了结构金属材料超高周疲劳的研究现状并介绍了其基本方面。主要内容包括：加速疲劳试验方法的发展与应用、超高周疲劳引起的内部断裂的裂纹萌生机制与扩展特征、S-N曲线的形状特点、疲劳极限存在性及其预测、加载频率和环境及表面状况的影响等。在此基础上提出值得进一步研究的一些方向。     

Rapid Determination of Fretting Fatigue Limit by Infrared Thermography

This paper demonstrates the feasibility of infrared thermography to determine the so-called fretting fatigue limit. Fretting fatigue tests are performed on aluminum and steel specimens. The coupled fatigue and tangential loads are sequentially increased (block loading) whilst the normal load is kept constant for all blocks. The temperature data is processed and analyzed using a Fast Fourier Transform (FFT) algorithm implemented in the commercial software Matlab. It is demonstrated that the second harmonic of the temperature signal can be linked to the specific loading block below which no or negligible damage is generated in the specimen. The stress amplitude of this block is considered to be a best estimate of the fretting fatigue limit. A constant amplitude fretting fatigue test with this stress amplitude confirmed that the specimen remains intact at 10⁷ cycles.     

一种基于耗散能计算的高周疲劳参数预测方法

在热力学框架下,基于薄板假设,建立金属材料薄板试样在高周疲劳载荷作用下的热传导方程,将试样温度场数据和实时载荷信号导入,准确计算与高周疲劳损伤相关的单个循环内耗散能. 基于该方法,以316L不锈钢材料为例,通过实时监测试样不同应力水平下高周疲劳破坏全过程中耗散能的变化,拟合出耗散能-疲劳寿命曲线,呈现与传统的应力-疲劳寿命曲线相同的规律;提出一种新的预测高周疲劳极限的能量法,确定的疲劳极限与实验值相近.     

用升降法求95连杆疲劳极限的探讨

为了较精确地求出95连杆的疲劳极限,本文将在材料疲劳试验中应用较广的升降法推广应用于连杆,给出了用升降法求构件疲劳极限的基本过程。文中首先选取了试验的控制因素并确定了连杆的控制点(应力被选定为控制应力的点定义为控制点)。然后在四级应力水平下进行了连杆的疲劳试验,并以最大应力幅点的应力为计算应力求出了连杆的疲劳极限。     

预应变对中碳钢扭转疲劳特性的影响

应用扭转疲劳试验机对退火后的非预应变45#钢及其3种预应变材料进行 实验. 实验结果表明：预应变量小于5%时,与非预应变材料相比疲劳极限降低10\%; 预应变量大于5{%}时,随着预应变量的增加,其疲劳极限有恢复的趋势,当预应变量达到 8%时,预应变材料与非预应变材料的疲劳极限几乎相等;当循环应力达到1*10^7$时,各种试件表面都有明显的停留裂纹存在.     

高强度钢的超高周疲劳裂纹扩展模型研究

当疲劳寿命在106或107周时,Wöhler S-N 曲线被看作渐近于水平轴,107的疲劳强度被看成是疲劳极限。现代应用要求延长零件的工作寿命,实际齿轮部件应用超过107循环的疲劳失效。本文应用压电超声疲劳试验机对经过热处理和渗碳处理后的低铬合金钢材料进行研究,采用红外摄像仪观测试件表面的温度场随疲劳裂纹萌生和扩展的过程。试验条件是室温,应力比为0.1（R=0.1）,频率为20KHz。通过对表面渗碳处理后试件的断口分析,探讨表面渗碳处理、微观结构和与杂质有关的断裂机理,根据Paris公式建立超高周疲劳裂纹扩展模型。对裂纹扩展过程中裂纹尖端的塑性区的分析结果,结合传热学原理,建立热耗散模型,有限元方法的数值解结果较好地符合红外摄像仪的观测的试验结果。