获取薄片材料低周疲劳性能的小试样测试方法

发布时间：2023-02-12 19:57

　　金属材料的低周疲劳(Low cycle fatigue,LCF)性能是工业设计与安全评估的关键指标。尤其在航空航天、核电、高铁、微机械等关键工程领域,大量结构件或零部件长期经受温度、压力等交变载荷作用,因此材料疲劳性能对服役设备的安全使用和失效预测十分重要。长期以来,国内外标准推荐采用较大尺寸的等直试样完成对称循环加载试验以获得材料的LCF性能。随着工业设计理念的逐步发展和新材料的不断升级,小尺寸材料与小型结构件在许多工程领域中得到广泛应用,而传统LCF试验方法已难以满足小尺寸试样的测试要求。本文基于能量等效方法,对获取薄片材料LCF性能的小试样测试新方法进行研究。主要工作如下:(1)针对薄片材料的漏斗型与圆环型试样,根据能量等效方法建立关联于材料本构参数、几何尺寸、荷载与位移的半解析方程,对不同几何构型、不同材料本构参数的试样进行有限元数值模拟,分别从正向与反向验证了该方程的准确性与普适性;(2)针对GH4169、G115与16Mn三种材料,完成漏斗型与圆环型薄片小试样的设计、加工和对称循环加载试验,通过解析方程与循环载荷-位移曲线反向预测得到材料循环应力-应变曲线,将该曲线与对应材...

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 疲劳研究现状
        1.1.1 金属材料疲劳研究现状
        1.1.2 金属材料疲劳强度理论与设计研究方法
    1.2 低周疲劳的研究内容与研究方法
        1.2.1 LCF的基本概念
        1.2.2 循环应力-应变关系的传统获取方法
        1.2.3 LCF寿命预测
    1.3 LCF试验方法
        1.3.1 轴向拉-压对称疲劳试验
        1.3.2 悬臂梁弯曲疲劳试验
        1.3.3 扭转疲劳试验
    1.4 小试样疲劳性能测试研究
        1.4.1 小试样的力学性能测试研究背景与意义
        1.4.2 小薄片试样的LCF研究现状
    1.5 本章小节
第2章 试样设计与试验方法
    2.1 试样设计
    2.2 试验条件
    2.3 数值分析条件
    2.4 本章小结
第3章 材料的应力-应变关系半解析求解方法
    3.1 能量等效原理
    3.2 单调应力-应变关系预测模型
        3.2.1 Ramberg-Osgood律
        3.2.2 弹性应变能与载荷-弹性位移关系表征
        3.2.3 基于塑性形变能与载荷-塑性位移关系解析表征
        3.2.4 单调应力-应变关系参数模型
    3.3 循环应力幅-应变幅关系预测模型
        3.3.1 弹塑性载荷幅-加载线位移幅关系
        3.3.2 弹塑性载荷幅-侧向测试位移幅关系
        3.3.3 循环应力幅-应变幅关系参数模型
        3.3.4 RLLD、RLSD和RLTD模型参数的获取方法
    3.4 本章小结
第4章 材料的应力-应变关系模型验证
    4.1 正向验证
        4.1.1 材料参数效应
        4.1.2 λ参数效应
    4.2 反向验证
    4.3 本章小结
第5章 试验结果与分析
    5.1 材料单轴应力-应变关系的获取
    5.2 材料循环应力幅-应变幅关系的获取
    5.3 局部应力幅、应变幅的获取
    5.4 疲劳失效分析
    5.5 材料的疲劳寿命预测
    5.6 本章小结
第6章 结论与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果



本文编号：3741730