ZL702A铝合金构件微动疲劳寿命预测研究
发布时间：2019-09-11 12:01
【摘要】：目的探讨ZL702A铝合金的微动损伤机理,寻找适合的微动疲劳寿命预估模型。方法以ZL702A铝合金为研究对象,设计方足桥-试件微动模拟件进行微动疲劳实验,用4XC-PC金相显微镜观察断裂试件表面的磨损形貌,探讨微动损伤机理。建立方足桥-试件有限元模型,编程计算剪应变幅、法向正应力、相对滑移距离等微动特征参数,分别运用FS、KBM、Mc Diarmid以及Ruiz参数预测ZL702A铝合金微动疲劳寿命。结果疲劳裂纹主要在局部塑性区成核,剪切应变可以加速裂纹核的形成,疲劳裂纹增长是裂纹尖端剪切带不断聚合的过程,裂纹面上的法向应力/应变使这种聚合加速。法向载荷保持不变,随着最大轴向力的增大,微动损伤增大。4种微动疲劳寿命预估模型的结果表明,微动损伤在试件接触区边缘最大,容易萌生微动裂纹,与实验值一致。微动疲劳寿命预测结果表明,Ruiz参数预测结果与实验结果误差在2倍公差带因子范围内,最接近实验值。结论微动磨损区分为粘着区、混合区、滑移区,在混合区边界上最容易发生塑性变形,萌生微动疲劳裂纹,用Ruiz参数预测ZL702A铝合金的微动疲劳寿命是可行的。
【图文】：
。该试验机可以实现轴向力与法向夹紧力的变幅与横幅加载，在载荷输入方面可以输入正弦波、方波、三角波以及组合波载荷进行实验，并能自动存储实验数据。实验件是由试件和一对方足桥所组成的微动疲劳模拟件，试件使用ZL702A高强度铸造铝合金制成，并在光滑试件的基础上铣削出一个长40mm、宽13mm的平面。其材料成分（以质量分数计）为：Al91%，Si7%，Cu1.55%，Mg0.41%，Mn0.22%[8]。其力学性能如表1所示。方足桥的材料选用合金钢，用螺栓连接在微动疲劳试验机的夹具上，对称地分布在试件两端，方足桥的结构尺寸如图1所示。表1ZL702A铝合金的材料力学性能Tab.1MechanicalpropertiesofZL702Aaluminumalloy弹性模量/MPa泊松比屈服强度/MPa抗拉强度/MPa689000.3178.6290~320图1方足桥的结构尺寸Fig.1Thestructuraldimensionofthesquarefootbridge1.2方法实验夹具如图2所示。实验时，试件上端面被试验机的上夹头夹紧，保持不动，拧紧左右两个加载螺栓将方足桥压紧在试件的左右平面上，通过位移传感器控制法向夹紧力的大小，，并保持在2kN。试件下端面被试验机的下夹头夹紧，通过电脑控制对试件施加循环载荷，循环载荷的最大轴向力分别设置为69、88、104、121、138、156MPa，进行6组不同载荷下的实验。试件和方足桥在接触表面上产生往复相对滑移，从而形成了微动。图2微动疲劳实验夹具Fig.2Fixtureforfrettingfatiguetest
滑试件的基础上铣削出一个长40mm、宽13mm的平面。其材料成分（以质量分数计）为：Al91%，Si7%，Cu1.55%，Mg0.41%，Mn0.22%[8]。其力学性能如表1所示。方足桥的材料选用合金钢，用螺栓连接在微动疲劳试验机的夹具上，对称地分布在试件两端，方足桥的结构尺寸如图1所示。表1ZL702A铝合金的材料力学性能Tab.1MechanicalpropertiesofZL702Aaluminumalloy弹性模量/MPa泊松比屈服强度/MPa抗拉强度/MPa689000.3178.6290~320图1方足桥的结构尺寸Fig.1Thestructuraldimensionofthesquarefootbridge1.2方法实验夹具如图2所示。实验时，试件上端面被试验机的上夹头夹紧，保持不动，拧紧左右两个加载螺栓将方足桥压紧在试件的左右平面上，通过位移传感器控制法向夹紧力的大小，并保持在2kN。试件下端面被试验机的下夹头夹紧，通过电脑控制对试件施加循环载荷，循环载荷的最大轴向力分别设置为69、88、104、121、138、156MPa，进行6组不同载荷下的实验。试件和方足桥在接触表面上产生往复相对滑移，从而形成了微动。图2微动疲劳实验夹具Fig.2Fixtureforfrettingfatiguetest
【作者单位】： 中北大学机械与动力工程学院;
【分类号】：TG146.21
【图文】：
。该试验机可以实现轴向力与法向夹紧力的变幅与横幅加载，在载荷输入方面可以输入正弦波、方波、三角波以及组合波载荷进行实验，并能自动存储实验数据。实验件是由试件和一对方足桥所组成的微动疲劳模拟件，试件使用ZL702A高强度铸造铝合金制成，并在光滑试件的基础上铣削出一个长40mm、宽13mm的平面。其材料成分（以质量分数计）为：Al91%，Si7%，Cu1.55%，Mg0.41%，Mn0.22%[8]。其力学性能如表1所示。方足桥的材料选用合金钢，用螺栓连接在微动疲劳试验机的夹具上，对称地分布在试件两端，方足桥的结构尺寸如图1所示。表1ZL702A铝合金的材料力学性能Tab.1MechanicalpropertiesofZL702Aaluminumalloy弹性模量/MPa泊松比屈服强度/MPa抗拉强度/MPa689000.3178.6290~320图1方足桥的结构尺寸Fig.1Thestructuraldimensionofthesquarefootbridge1.2方法实验夹具如图2所示。实验时，试件上端面被试验机的上夹头夹紧，保持不动，拧紧左右两个加载螺栓将方足桥压紧在试件的左右平面上，通过位移传感器控制法向夹紧力的大小，，并保持在2kN。试件下端面被试验机的下夹头夹紧，通过电脑控制对试件施加循环载荷，循环载荷的最大轴向力分别设置为69、88、104、121、138、156MPa，进行6组不同载荷下的实验。试件和方足桥在接触表面上产生往复相对滑移，从而形成了微动。图2微动疲劳实验夹具Fig.2Fixtureforfrettingfatiguetest
滑试件的基础上铣削出一个长40mm、宽13mm的平面。其材料成分（以质量分数计）为：Al91%，Si7%，Cu1.55%，Mg0.41%，Mn0.22%[8]。其力学性能如表1所示。方足桥的材料选用合金钢，用螺栓连接在微动疲劳试验机的夹具上，对称地分布在试件两端，方足桥的结构尺寸如图1所示。表1ZL702A铝合金的材料力学性能Tab.1MechanicalpropertiesofZL702Aaluminumalloy弹性模量/MPa泊松比屈服强度/MPa抗拉强度/MPa689000.3178.6290~320图1方足桥的结构尺寸Fig.1Thestructuraldimensionofthesquarefootbridge1.2方法实验夹具如图2所示。实验时，试件上端面被试验机的上夹头夹紧，保持不动，拧紧左右两个加载螺栓将方足桥压紧在试件的左右平面上，通过位移传感器控制法向夹紧力的大小，并保持在2kN。试件下端面被试验机的下夹头夹紧，通过电脑控制对试件施加循环载荷，循环载荷的最大轴向力分别设置为69、88、104、121、138、156MPa，进行6组不同载荷下的实验。试件和方足桥在接触表面上产生往复相对滑移，从而形成了微动。图2微动疲劳实验夹具Fig.2Fixtureforfrettingfatiguetest
【作者单位】： 中北大学机械与动力工程学院;
【分类号】：TG146.21
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本文编号：2534398
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