基于X-Ray扫描的铝合金材料的疲劳寿命研究

发布时间：2017-08-13 22:09

  本文关键词：基于X-Ray扫描的铝合金材料的疲劳寿命研究

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【摘要】：机械零件大部分的破坏属于疲劳破坏,零件在发生疲劳破坏时,本身并不会产生明显的塑性变形,而是发生脆性断裂。它是一种隐形的失效或者破坏形式,一旦发生了疲劳破坏,必然会引起严重的安全事故。疲劳问题的实质是材料或结构内部产生了缺陷,缺陷的演化和扩展最终导致了疲劳破坏。因此疲劳缺陷问题和疲劳寿命问题成了本文研究的重点课题。首先,本文基于互补弹性能等效原理发现了多重解析转化规律,这个规律可以将不同水平的材料缺陷转换成材料性能的等价损伤量,转换的优势在于可以简化建立复杂模型的过程,同时避免了复杂的网格划分和缺陷计算分析的过程,转换的另一个优势是有利于部分损伤的转换。其次,本文对多重解析转化规律进行了数值仿真,以有效杨氏模量作为损伤变量,通过对比仿真和计算结果,发现两者能很好的吻合,从而验证了该规律的可行性。再次,本文对铝合金材料试件进行了一组恒幅循环加载试验。以有效杨氏模量作为损伤变量,通过对比试验和计算结果,发现两者同样有着一致的变化趋势,进一步验证了多重解析规律的准确性。最后,针对试验中的铝合金的试件,用X-Ray扫描某个循环加载阶段的铝合金材料试件,确定其缺陷的特征,对缺陷进行不同水平的划分,依据转换规律计算出铝合金试件的有效杨氏模量,对照有效杨氏模量和疲劳寿命的对应关系,判断出试件的已使用疲劳寿命和剩余疲劳寿命。
【关键词】：疲劳损伤 铝合金 缺陷转换 X-Ray扫描 疲劳寿命
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH114
【目录】：

• 摘要6-7
• abstract7-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 课题研究的背景概述11
• 1.2 疲劳寿命发展概况11-14
• 1.2.1 疲劳寿命国外研究现状12-13
• 1.2.2 疲劳寿命国内研究现状13-14
• 1.3 本文研究的内容14-16
• 第二章 疲劳寿命分析理论和X-Ray扫描原理16-32
• 2.1 疲劳寿命的计算方法16-19
• 2.1.1 名义应力法17-18
• 2.1.2 局部应力-应变法18-19
• 2.2 滞后环与循环应力应变曲线19-20
• 2.3 应变-寿命曲线（e-N曲线）20-21
• 2.4 疲劳累积损伤理论21-23
• 2.5 损伤计算23-25
• 2.5.1 基于名义应力法的损伤计算23-24
• 2.5.2 基于局部应力-应变法的损伤计算24-25
• 2.6 X-Ray扫描的原理和技术25-31
• 2.6.1 数字化图像25-26
• 2.6.2 投影26-27
• 2.6.3 投影数据和正弦图27-31
• 2.7 本章小结31-32
• 第三章 多重解析转换规律32-39
• 3.1 引言32
• 3.2 运算符号和术语32-33
• 3.3 多重解析转换规律的推导计算33-37
• 3.4 本章小结37-39
• 第四章 多重解析转换规律的数值仿真39-51
• 4.1 引言39
• 4.2 有限元分析软件ABAQUS简介39-40
• 4.2.1 有限单元法39-40
• 4.2.2 ABAQUS简介40
• 4.3 数值仿真结果对比40-50
• 4.3.1 材料损伤中缺陷形状对转换的影响41-43
• 4.3.2 材料损伤中弱夹杂对转换的影响43-45
• 4.3.3 材料损伤中孔洞对转换的影响45-46
• 4.3.4 材料损伤中裂纹长度对转换的影响46-47
• 4.3.5 材料损伤中损伤增量和修改项对转换的影响47-48
• 4.3.6 材料损伤中多水平缺陷对转换的影响48-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第五章 铝合金疲劳试验分析51-60
• 5.1 引言51
• 5.2 试验分析51-54
• 5.2.1 试验设备和材料51-53
• 5.2.2 试验过程53-54
• 5.2.3 试验分析目的54
• 5.3 疲劳损伤演化和疲劳寿命预测54-59
• 5.3.1 转换规律计算的结果和试验结果的对比54-56
• 5.3.2 试件的粗糙度分析56-58
• 5.3.3 铝合金疲劳寿命的简单预测58-59
• 5.4 本章小结59-60
• 第六章 总结和展望60-62
• 6.1 总结60-61
• 6.2 展望61-62
• 参考文献62-67
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果67-68
• 致谢68-69

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