Q235钢速率相依疲劳损伤的密度法试验研究

发布时间：2018-05-06 06:05

本文选题：Q235钢 + 应变速率　；参考：《中南林业科技大学》2017年硕士论文

【摘要】：工程中的材料,由于加工过程、外部载荷与温度、环境等诸多因素的影响,将会导致材料内部结构发生不可逆的变化。微观上通过微孔洞与微裂纹的形式表现出来,孔洞与裂纹持续扩展后,将会演变成宏观裂纹。而宏观裂纹的出现,也代表材料的整体力学性能大大弱化了,具体表现为强度、刚度以及断裂韧性的降低,进而削弱其结构强度,缩短其使用寿命。这种在断裂破坏前材料性能就逐步劣化的现象被称为损伤。经过大量事实发现,材料在使用过程中会发生损伤,损伤累积到一定程度会造成材料的失效破坏。由于金属材料在国防和民用工业中的广泛应用,对其结构的安全和可靠性的研究已引起国内外力学工作者的普遍重视。因此对金属材料疲劳损伤方面的研究,已逐渐成为力学领域中研究的热点,在化工、轻纺、建筑、机械等行业以及日用品工业中,愈来愈显示出广阔的应用前景。本文针对金属材料,通过疲劳损伤实验,研究其材料性能随应变速率、载荷频率、应力/应变水平和加载时间等因素的变化,在此基础上建立金属速率相依型疲劳损伤演化本构模型,通过模型计算构件的损伤程度,从而达到预估其剩余寿命的目的。同时运用密度测试法,建立起不同应变速率下的金属损伤与材料内部密度变化之间的联系,本文的工作,对深入了解金属的物理性能、合理并高效利用金属具有重要的学术意义和较大的工程价值。本文以湖南省教育厅重点项目(16A220)及大学生研究性学习和创新性实验计划项目(湘教[2015]269号)为背景,对不同应变速率下的Q235钢进行了速率相依型的密度法试验研究。主要研究内容如下:(1)结合国内外文献对Q235钢疲劳损伤的研究成果及现状,分析影响Q235钢试件疲劳损伤的主要因素,将速率作为重点考量因素,并从细微观的疲劳损伤演化机理分析入手,推出基于应变速率的疲劳损伤演化律。(2)在CMT5105万能电子试验机上,实施不同荷载、不同循环次数的试验方案。在试验过程中,主要通过力的控制来实现这些试验方案。通过控制,载荷以一定的速率施加。每次循环的载荷幅值增加1-2kN左右,在试件从弹性变形开始,经历屈服直到最后试件拉断为止的过程中逐渐增大。在整个试验过程中对试件反复进行加卸载试验,卸载最小值为10N。每个试验方案至少进行3次,最后取其平均值作为试验结果。结合疲劳试验的数据,与文献所得到的损伤演化模型的相关参数绘制成图表,再根据损伤演化特征,进一步给出更符合实际的损伤演化律并逐步确立其参数。(3)对拉断的试样进行机械加工,将加工好的试件置于精度为0.1mg的Mettler的UMT2型超微量电子天平上称量并记录,得到不同比重比下的损伤量。在此基础上画出损伤值D与密度ρ的关系曲线,再与参照文献中密度测损模型的结果进行对比,并对损伤-密度曲线进行分析,得出相关结论。(4)使用金相镶嵌机对试件进行镶嵌,并置于徕卡高倍光学显微镜下观察,对比未受疲劳损伤的图像,对内部组织结构的变化进行分析。同时选取方案中富代表性的损伤试样,通过扫描电镜更近一步观察微观组织的变形特征,分析其变形机理。并结合文献中的疲劳损伤断裂形式及断口综合分析,更深入地研究应变速率对材料内部组织结构乃至于密度的影响。本文通过密度测试法,为不同应变速率下的Q235钢疲劳损伤研究提供了重要的试验依据,同时通过光学显微镜和扫描电镜,进一步了解了金属内部微观组织机理及其力学性能方面的变化,为以后相关的深入研究和应用提供了有益参考。
[Abstract]:In this paper , based on the research on fatigue damage of metal materials , this paper studies the main factors affecting the fatigue damage of steel materials . In this paper , the relationship between damage value D and density 蟻 is studied by means of microscope and scanning electron microscope .

【学位授予单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU511.3

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