7075铝合金多轴低周疲劳失效分析及寿命预测

发布时间：2020-06-25 01:42

【摘要】：7075铝合金作为硬铝合金的一种,被广泛应用于航空领域。飞机结构常常受到多轴疲劳载荷的作用,其中,载荷种类和相互作用、服役过程的腐蚀环境以及结构中的不连续特征,会对失效行为产生显著影响。因此,对材料的疲劳失效进行分析十分重要。针对不同加载条件下的7075铝合金多轴疲劳失效问题,对薄壁管件进行拉扭复合疲劳试验,结果表明,随等效应力幅的降低,多轴疲劳寿命增加;等效应力恒定时,寿命随应力幅比的升高而增加;拉扭相位差对寿命影响较小。高应力幅下材料在轴向和扭向以软化为主,低应力幅下硬化和软化交替出现。宏观断口平台区随应力幅比的增加而逐渐减小,扩展区可以观察到疲劳条带和二次裂纹,瞬断区出现混合型韧窝。提出基于Basquin准则的改进模型,寿命预测效果较好,寿命预测值均位于两倍分散带内。针对加载顺序对多轴疲劳累积损伤的影响,对7075铝合金薄壁管件进行12组两级加载多轴疲劳试验。对比分析表明,两级多轴疲劳加载的相互作用会降低疲劳损伤累积速率。分析循环加载曲线和断口形貌可知,对应较低疲劳寿命的载荷在两级加载中占主导地位。考虑应力幅比影响和载荷相互作用,基于改进的Basquin准则,提出非线性累积损伤模型,寿命预测结果较好,所有预测数据均位于两倍分散带内。针对飞机地面腐蚀与空中疲劳交替过程,研究预腐蚀和交替腐蚀对7075铝合金的多轴疲劳行为的影响,结果表明:等效应力恒定时,随着预腐蚀时间增加,试样表面蚀坑数量和密度增加,腐蚀影响权重增大,多轴疲劳寿命降低;腐蚀-多轴疲劳交替试验中,单位加载周次恒定时,单位腐蚀时间增加导致多轴疲劳寿命下降,随着交替级数的增加,试样表面腐蚀程度加剧;基于Miner模型和预腐蚀疲劳寿命数据,提出修正的损伤累积模型进行交替腐蚀-多轴疲劳寿命预测,寿命预测值基本位于两倍分散带内。针对缺口对多轴疲劳性能的影响,对7075铝合金缺口件进行不同等效应力条件下的拉扭复合疲劳试验,结合DIC数字图像相关技术进行分析,结果表明:随等效应力的增加,缺口件多轴疲劳寿命降低,缺口局部最大轴向、扭向和剪切工程应变增大。不同等效应力条件下,疲劳过程中缺口局部周边出现应变集中。基于DIC分析出的临界平面,引入临界面角度和最大正应变,提出修正的SWT模型,其预测效果较为理想。
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V252.2;TG146.21
【图文】：

第二章 试验材料、设备及方法试验材料试验所用 7075-T651 铝合金化学成分如表 2.1 所示，采用挤压成型、直径为棒材，沿成型方向取材加工试样，测得材料常温下基本力学性能为：屈服5MPa，抗拉强度 538.90MPa，弹性模量 70.36GPa。对于多轴疲劳试验，依测试标准 ASTM E2207[85]加工成薄壁管状试样，光滑件尺寸如图 2-1 所示，如图 2-2 所示。表 2.1 7075-T651 铝合金化学成分（质量分数/ %）i Fe Cu Mn Mg Zn Ti Cr 0 0.50 1.20~2.00 0.30 2.10~2.90 5.10~6.10 0.20 0.18~0.28

图 2-2 所示。表 2.1 7075-T651 铝合金化学成分（质量分数/ %） Fe Cu Mn Mg Zn Ti Cr 0 0.50 1.20~2.00 0.30 2.10~2.90 5.10~6.10 0.20 0.18~0.28 图 2-1 多轴疲劳光滑件试样尺寸图 (mm)

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