基于DIC和声发射的TC4合金疲劳损伤状态监测方法

发布时间：2021-11-13 11:59

　　钛合金TC4是飞机关键结构件中应用最广泛的材料。为保障飞机在服役过程中安全稳定运行,将数字图像相关（DIC）和声发射技术结合,开展TC4合金疲劳损伤状态监测研究;利用微力拉伸实验系统,对TC4合金进行不同应力水平下的循环加载声发射监测实验。选择试样表面变形不均匀程度参数表征TC4合金疲劳损伤状态,结合加载过程中声发射信号时域经历,分析试件内部微损伤、裂纹开裂及扩展状态下声发射特征参量分布规律。结果表明:利用DIC和声发射技术结合方法,可以实现TC4合金疲劳状态的动态监测及损伤状态的有效表征。 

【文章来源】：东北石油大学学报. 2020,44(03)北大核心

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

循环加载过程力—位移迟滞回线

利用技术计算试样直边段表面应变,获得不同应力控制下的试样表面应变分布云图。在1.6、1.7、1.8 kN力控制下,TC4试样第一次达到最大载荷时应变云图见图6(a-c),疲劳断裂瞬间应变云图见图6(d)。由图6可知,在3个应力水平下,试样表面塑性变形分布存在不均匀现象,最大应变与疲劳裂纹开裂的位置一致,裂尖是材料局部应力/应变最为集中的区域。根据式(2),计算应变云图(见图6(a-c))的平均总应变 ε t - 和平均塑性应变 ε p - :

不同力控制下,试样表面变形不均匀程度γSD循环曲线见图8。由图8可知,γSD随循环周次增加而呈锯齿形增加,1.8 kN力控制下的γSD增加的速率明显大于1.6、1.7 kN力控制下的。为进一步分析γSD随循环周次的变化规律,图8Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ方框中γSD在两个循环周期内循环曲线细节见图9。由图9可知,试样表面γSD不仅与应力状态有关,还与循环周次有关。当应力增加时,γSD由A点增加至B点,在小应力幅控制下,材料微观组织变形主要以弹性变形为主;当应力下降时,γSD由B点降至C点,其中C要比A高出0.04×10-3。由于晶粒弹性模量是各向异性的,即使在弹性变形阶段晶粒的变形也是不均匀的。这种不均匀随力的卸载而消失,只有不可逆的塑性不均匀变形残留在材料内部(ΔγSD),并且随循环增加而不断累积。当循环载荷增加至1.7 kN时,ΔγSD为0.07×10-3;当循环载荷增加至1.8 kN时,ΔγSD为0.70×10-3。图8 不同力控制下TC4试样表面应变标准差循环响应曲线

【参考文献】：
期刊论文
[1]TC18钛合金疲劳断裂过程声发射信号特征分析[J]. 张昭,肖迎春,王倩,郑建军.  航空工程进展. 2015(04)
[2]航空结构用新型高性能钛合金材料技术研究与发展[J]. 朱知寿.  航空科学技术. 2012(01)
[3]某钛合金材料拉伸过程的声发射特征[J]. 吴克勤,谢里阳,倪爱伟.  机械制造. 2007(01)

硕士论文
[1]基于声发射和数字图像相关方法编织复合材料损伤破坏研究[D]. 卢博远.河北大学 2017



本文编号：3492979