铝合金搅拌摩擦焊接头局部力学性能及超长寿命疲劳行为

发布时间：2022-01-05 07:13

　　超高层结构建筑、桥梁工程、高速列车等国家装备及工程的飞速发展,对重大工程项目零部构件特别是合金构件的精度、耐久度、可靠度及安全性等提出了更高的要求,关键构件的长寿命与耐久性成为重大工程亟待解决的问题。近十年,我国努力将“中国制造”转变为“中国智造2025”,并且已经取得了一定的成效,例如装配式建筑技术、新型盾构机的研制、大飞机生产制造、新型长征火箭的成功发射等,从先前的“可用”,如今正在向“耐用”积极的转变。在土木工程应用中,新兴的工程材料、工程结构已不再追求便宜快捷,良好的工作性能,长寿命与高可靠性成为了新的追求方向。实际工程结构常常面临构件之间的连接问题,焊接作为最高效的连接方式之一,其内部不可避免会引入焊接气孔、夹杂、非均匀组织、几何不连续等缺陷,尽管焊接接头拥有较好的静力学强度,但其疲劳性能往往不佳,导致焊接接头在工程结构中的应用存在较高的疲劳失效的隐患,据统计,90%以上的工程结构失效均由疲劳断裂问题导致,造成巨大的经济损失和人员伤亡。然而,人们对铝合金焊接接头局部力学响应和长寿命疲劳失效机理的认识十分匮乏,导致工程设计缺乏充分的理论与试验支持,因此,焊接接头局部力学问题及其... 

【文章来源】：西华大学四川省

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

超长寿命疲劳范围常见的S-N曲线类型

6图1.2超高周疲劳内部疲劳裂纹萌生形式[38]Fig.1.2FatiguetypicalfailuremodesinVHCFregime[38].FGA的研究在全世界范围内有着大量的研究，其中日本学者Murakami对于FGA研究提出的假设模型是非常具有建设性的—HydrogenEmbrittlement—“氢脆”模型[39]。该模型认为鱼眼区域形成的原因是因为氢的聚集，在冶炼过程中的钢铁会出现非金属夹杂，在夹杂附近会聚集起在该过程中产生的氢，在应力作用下氢从夹杂中脱离并导致材料在夹杂附近产生脆性破坏。图1.3中即为众多学者认同的氢脆模型，本模型指出，在复杂应力作用下氢从非金属夹杂处脱离，从而导致金属材料在夹杂附近产生裂纹萌生现象。图1.3“氢脆”模型假设图[40]Fig.1.3"Hydrogenembrittlement"modelhypothesis[40].对于内部无第二相夹杂的单相金属材料，有学者提出提出超高周次循环载荷作用后，仍会导致基体中出现大量不可逆的滑移，逐渐引起试样表面粗糙度的增大，使其达到PSB形成的门槛值[41]。然而这个过程需要相当长的循环荷载作用，才能引起疲劳强度在超高周疲劳区域的再次下降。这种疲劳裂纹萌生被称为滑移带开裂。对于此，四川大学学者王宠等[42,43]发现在纯铁等材料经历过超长寿命疲劳后的失效，伴随着显著的热耗散，疲劳裂纹的萌生通常发生在试件的表面PSB区域。

6图1.2超高周疲劳内部疲劳裂纹萌生形式[38]Fig.1.2FatiguetypicalfailuremodesinVHCFregime[38].FGA的研究在全世界范围内有着大量的研究，其中日本学者Murakami对于FGA研究提出的假设模型是非常具有建设性的—HydrogenEmbrittlement—“氢脆”模型[39]。该模型认为鱼眼区域形成的原因是因为氢的聚集，在冶炼过程中的钢铁会出现非金属夹杂，在夹杂附近会聚集起在该过程中产生的氢，在应力作用下氢从夹杂中脱离并导致材料在夹杂附近产生脆性破坏。图1.3中即为众多学者认同的氢脆模型，本模型指出，在复杂应力作用下氢从非金属夹杂处脱离，从而导致金属材料在夹杂附近产生裂纹萌生现象。图1.3“氢脆”模型假设图[40]Fig.1.3"Hydrogenembrittlement"modelhypothesis[40].对于内部无第二相夹杂的单相金属材料，有学者提出提出超高周次循环载荷作用后，仍会导致基体中出现大量不可逆的滑移，逐渐引起试样表面粗糙度的增大，使其达到PSB形成的门槛值[41]。然而这个过程需要相当长的循环荷载作用，才能引起疲劳强度在超高周疲劳区域的再次下降。这种疲劳裂纹萌生被称为滑移带开裂。对于此，四川大学学者王宠等[42,43]发现在纯铁等材料经历过超长寿命疲劳后的失效，伴随着显著的热耗散，疲劳裂纹的萌生通常发生在试件的表面PSB区域。


本文编号：3569989