应力幅比对2A12-T4铝合金多轴疲劳裂纹萌生及扩展行为的影响

发布时间：2021-08-06 20:31

　　许多工程结构在服役过程中往往承受着复杂的多轴疲劳载荷,仅靠单轴载荷来简化复杂载荷状态的失效预测方法将不再适用。因此,准确预测复杂载荷下工程结构的多轴疲劳失效行为对提高结构安全性具有重要意义。疲劳裂纹萌生及扩展是疲劳失效行为最直观的反应,针对2A12-T4铝合金实心圆棒试件,在相同的等效von Mises应力幅值下,开展了不同应力幅比下的多轴疲劳试验。采用金相显微镜对试件表面裂纹萌生及扩展行为进行了观测,研究了不同应力幅比下试件表面裂纹形态及扩展路径,探讨了不同应力幅比下2A12-T4铝合金多轴疲劳失效行为。结果表明,对于2A12-T4铝合金,试件表面均存在多条裂纹,导致疲劳破坏的主裂纹只有1条;裂纹萌生方向接近于最大切应力幅值平面,裂纹扩展第Ⅰ阶段的长度与方向同时受到应力幅比的影响;主裂纹扩展路径主要沿着最大切应力幅值平面,最大切应力幅值是引起2A12-T4铝合金多轴疲劳失效的主要控制参量。 

【文章来源】：重庆大学学报. 2020,43(10)北大核心CSCD

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

2A12-T4铝合金疲劳试样

在每个试件加载到一定循环数后,从试验机上取下试件,用金相显微镜观察并记录试件表面的裂纹形态,继续进行试验加载,并重复上述过程,直至试件完全断裂。由于在高倍显微镜下每次观测区域较小,需要多次平移和旋转试件,以保证记录试件表面任意位置可能出现的裂纹。加载时取相同的等效von-Mises应力幅值σeq,a=300 MPa,应力幅比λ为切向应力幅与轴向应力幅之比,等效von-Mises应力幅值及应力幅比分别如下所示:

由于疲劳加载下,通常认为最大切应力幅值与最大正应力为影响疲劳失效的2个重要应力分量[2,5],因此,为了便于分析裂纹的萌生及扩展方向,首先计算得到了不同加载条件下的最大切应力幅值平面(MSSA)和最大正应力平面(MN)的方向,如表4所示。可以看到,在多轴疲劳载荷下,通常会存在2个相互垂直的最大切应力幅值平面和1个最大正应力平面。表4 最大切应力幅值平面和最大正应力平面方向Table 4 Calculated orientations MSSA and MN planes λ MSSA/(°) MN/(°) 0.0 -45.0/45.0 0.0 0.5 -22.5/67.5 22.5 1.0 -13.3/76.7 31.7 3 -8.0/82.0 37.0 ∞ 0.0/90.0 -45.0/45.0

【参考文献】：
期刊论文
[1]不同应力幅比加载下2A12铝合金的多轴疲劳性能[J]. 陈亚军,王先超,王付胜,周剑,吴悦雷.  材料工程. 2017(09)
[2]比例加载下应力幅比对2A12-T4疲劳寿命的影响[J]. 时新红,张建宇,鲍蕊,费斌军.  北京航空航天大学学报. 2010(08)
[3]多轴疲劳裂纹扩展行为研究[J]. 尚德广,王大康,孙国芹,蔡能.  机械强度. 2004(04)



本文编号：3326442