金属疲劳试验PPT课件

1，实验3，金属疲劳试验，2，1，实验目的：1。了解金属轴向疲劳试验方法、断裂韧性Kic试验方法和裂纹扩展速率DA/DN试验方法。2.了解疲劳试验机的工作原理。3.1988年4月28日，阿罗哈航空公司的波音737-200 243号航班在飞行过程中突然失去压力。头等舱的上半部分已经完全损坏，机头和机身随时都有分离和解体的危险。然而，十多分钟后，它奇迹般地安全着陆。事故发生时，一名机组人员不幸被吸出机舱并死亡，其他65名机组人员和乘客受重伤。事故原因为裂纹氧化引起的金属疲劳，4，5，断裂区，裂纹源，裂纹扩展条纹，6，928保时捷齿轮，7，曲轴断裂，齿轮断裂，8，自行车曲柄十字轴臂，疲劳裂纹源，9，2011年4月1日下午，西南航空公司一架波音737飞机的中间过道上方的机身上发现一个1.8米长的洞。幸运的是，飞机被迫成功着陆，安全专家说机身上的洞是由金属疲劳造成的。工程材料对波动载荷下的循环变形和裂纹萌生及扩展的敏感性是许多工程应用中的一个非常重要的课题。疲劳通常是指由于应力或应变的反复作用而引起的材料性能的变化，导致开裂或失效。工程材料疲劳研究已有160多年的历史。据统计，疲劳损伤占全部失效零件的80%以上。结构疲劳被认为是一个主要问题。11，2。疲劳损伤过程和机理，1。疲劳过程，12，2。疲劳裂纹萌生过程中，2.1滑移区裂纹金属在循环应力的作用下，即使其应力低于屈服应力，也会发生循环滑移并形成循环滑移区。随着加载循环次数的增加，循环滑移区不断变宽，由于位错积累和传递，滑移区将形成微裂纹。在裂纹产生的过程中，疲劳是发生在材料表面的一种现象。循环滑移区产生和裂纹Sm=0，Sa=77.5MPaN=2106，14，2.2纯铜样品的相界面开裂。在大量的疲劳失效分析中，发现许多疲劳源是由材料中的第二相或夹杂物引起的。2.3由于晶界的存在和相邻晶粒的不同取向，当位错在某一晶粒中移动时，晶界会阻碍多晶材料的晶界开裂，并在晶界处产生位错积累和应力集中。当连续应力循环下晶界处的应力集中不松弛时，应力峰值变得越来越高，当超过晶界强度时，将在晶界处出现裂纹。夹杂物、晶界、疲劳微裂纹在开始后立即进入裂纹扩展阶段。根据裂纹扩展方向，裂纹扩展可分为两个阶段。在第一阶段，微裂纹首先由单个侵入槽或挤压脊形成，然后沿最大剪切应力方向向内延伸。此时，如果微裂纹扩展到一些相邻的晶粒颗粒，由于相邻晶粒的存在引起的滑动位移的限制，大多数微裂纹变成非扩展裂纹。只有少数微裂纹会扩展到2-5个晶粒尺寸。第二阶段是垂直于加载方向的裂纹扩展，直到剪切唇最终形成。3。裂纹扩展阶段，内部缺陷，刻痕或划痕，裂纹成核滑移，16，4。影响疲劳强度的因素工作条件、载荷条件(应力状态、应力比、过载、二次载荷条件、平均应力)载荷频率、环境温度环境介质、表面状态和尺寸因素、尺寸效应、表面粗糙度缺口效应、表面处理和残余内应力、轧制表面热处理表面涂层的表面喷丸和表面化学热处理、17、材料因素、化学成分、组织结构、纤维方向、内部缺陷、18、金属的断裂韧性、19、1。裂纹扩展的基本形式：1。线弹性条件下金属断裂韧性，开口型(型)滑动型(型)撕裂型(型)，金属断裂韧性，20，2。弹性应力场方程的推导假定无限长的I型裂纹板为2a如果用极坐标表示，每个点(r，)的应力分量、应变分量和位移分量可以近似表示为：应力分量：(平面应变)，(平面应力)，Irwin)，21，位移分量(平面应变状态):应变分量(平面应变状态):在公式中，3354泊松比E拉伸杨氏模量，22，=0，在公式中，KI的大小直接影响应力场的大小。KI可以表示应力场的强度，所以称为应力场强度因子。当=0r0时，可得到上述公式：型裂纹应力场强度因子的一般表达式：裂纹形状因子Y，23，具有有限宽度的半无限边缘缺口样品的中心开口裂纹样品，具有有限宽度的半无限宽度的边缘缺口样品，具有有限宽度的中心裂纹样品，24，单边缺口试样(SEN)双边缺口试样(DEN)、SEN :DEN :0.5级正/负、0.5级正/负、PQ=Ps如果Pmax/Pq 127毫米试样，裂纹长度应精确测量至0.25毫米以内)；b)如果前表面和后表面上测得的裂纹长度之差超过0.25倍，或者左侧和右侧测得的裂纹长度之差(取前表面和后表面的算术平均值)超过0.025倍，则预制裂纹无效。(d)、(c)、(e)、(a)拉伸试样；疲劳裂纹增长率试样；(c)疲劳寿命缺口试样；光滑的疲劳寿命样本；(e)平面应力断裂韧性试样，56。(a)、(b)、a)拉伸试样；b)压缩试样；c)应力腐蚀试样；d)断裂韧性试样；e)疲劳寿命平滑样本；f)疲劳寿命缺口试样，57，1.平面应变断裂韧性试验内容：KIC试验标准：ASTME8试验仪器：MTS810试验方法：根据ASTME399，本次试验所用试样为致密拉伸试样(ct，B=35mm，W/B=2，如图16所示)。试验前，用1000#水磨砂纸、400#、800#和1600#金相砂纸打磨切口附近的试样表面，以减少表面缺陷对试验结果的影响。试样夹紧后，3毫米的疲劳裂纹以疲劳方式得到抑制(R=0.1，f=20Hz，正弦波加载)。预制完成后，试样被轴向加载直至断裂。记录负荷和化学需氧量位移曲线(P-V曲线)。测量断裂面预制裂纹的长度和