疲劳强度资料资料2607

使用临界距离法的实验和预测文章信息:文章历史：可在线2010年3月6日摘要：丸处理缺口疲劳高强度铝合金临界距离理论残余应力本论文旨在探讨不同喷丸处理对携带不同类型的缺口铝7075-T651样品疲劳的影响。效果：接收到的更重要的缺口较大通过在降低疲劳缺口敏感性方面的喷丸硬化处理有益效果和增量的缺口疲劳强度。疲劳改善相对于未进行喷丸状况和疲劳的喷丸强度的影响讨论了处的量调查x射线且利用X射线衍射，利用数字技术的手段对缺口试样产生的残余应力场进行了评价，此外，疲劳载荷的应用程序已经为蓝本为了研究在凹口附近的残余应力的松弛。稳定的残余承载应力集中的压缩残余应力场的耐疲劳性。铝合金看起来对飞机和汽车行业非常有吸引力，不断寻求能源的改进来提高运输车辆的效率，因为他们的特有的高静态强度。通常,高静态力学性能诱导铝合金是通过弥散硬化和老械性能来看，他们表现出相对较差疲劳性能。在高周疲劳机制(>5百万周期)疲劳续航力1疲劳缺口承受的恶化硬化的处理[2]更为敏感。4因此，在应力集中的存在下，像孔，圆角和凹槽，这些始终存在于机械设备中的零件，特别应，从而限制了在具有复杂形状并具有高应力机械零件中的使用。由于多数疲劳裂纹起始于零件的表面上，零件表面的抵抗裂纹萌生和早期裂纹扩展的条件喷丸处理一直受到特别的关注，在普通钢的疲劳寿命和轻合金[3-7]，允许有明显的增量。负责延迟疲劳裂纹的萌生和较低的小裂纹扩展速率[3,8-10]。进一步的效果，即使大部分较低的裂纹扩展的阻力减小，应为材料脆化[9]。中存在于传统的钢中。此外，仅仅在现有的文献[11〜15]的数据似乎并没有以提供残余应力少有实验数据可在文献中查到。此外,由压缩产生有益影响的残余应力强烈依赖于稳定的使了材料的塑性流动的原因[15]，从而通过残余压应力的疲劳响应改善切口的意图被挫败了。部件的应用有所限制。笔者最近研究了三种类型的拍摄效果在反向弯曲的条件下进行喷丸处理的铝7075-T651合金的纯疲劳反应[16]。在目前的工作中，按综合基准已经过测试已知的实验条件下由相同的Al合金的缺口样品和受到相同的喷丸处理，以收集实验数据。在文献[16]它表明：(一)喷丸显著提高了Al合金纯疲劳响应(二)本残余应力场不显示与关于在初始条件明显变化是由初始塑性变形的条件决定的，作为压缩之间的叠加的效果和所施加的反向弯曲的压峰的力松弛实际上是由于塑性流动，而不是周期性的放松。ANeuber缺口特征长度A，B中周疲劳材料常数确定特征长度f在疲劳周期的一个给定数目的普通的疲劳强度f-1在疲劳周期的一个给定数目的交替疲劳强度f0在疲劳周期的一个给定数目的脉动纯疲劳强度kWohler曲线的在双对数下的斜率K1c平面应变断裂韧性L材料特征长度L0在高循环疲劳机制的材料的特征Ls静电材料特征长度Kf缺口疲劳因子Nf周期失败的数目q疲劳缺口敏感性r缺口根圆角半径R应力比S线性有效应力T疲劳效果的散射集中在缺口尖端，其中y所在的平分线笛卡尔参考系统^f疲劳强度范围门槛应力强度因子疲劳裂纹扩展范围疲劳特性与50％的失败概率(相r1,2,3应力张量的主要组成部分rx0^6疲劳特性对应于5x10^6ra应用于弯曲应力幅值req等效应力rY0.20.2％屈服应力rRS残余应力rVMVonMises等效应力rUTS极限拉伸强度来是通过Neuber[18]和Petterson的[19]中的中间开发，在过去的几十年，是许多研究者(例如见[20〜23])的进一步研究。在本文，临界距离的理平均超过标准材料的特征长度。2.材料和实验程序材料(18％的总延伸率)。E(GPa)(MPa)(MPa)(MPa)T.E.(%)R.A.(%)YUTSF在几何形状为棱柱的试件进行了疲劳特性实验，根据标准ISO3928，示于图1。在如图所a他们将被视为''光滑“或''纯”样本。该缺口试样，其几何形状被示于图1b，通过电火花分布。缺口根部圆角半径被设置为2毫米(''钝“缺口试样)和0.5毫米(''尖”缺口样三种控制的喷丸硬化处理已经考虑在内，其工艺参数列于表2(详情可参见参考文献[16])。每个处理一直使用陶瓷珠进行，这允许更高的疲劳性能与钢丸[24]比较了。名为CE-B120的处理采用了小型的陶瓷珠，导致一个温柔肤浅的效果，与较大尺寸的陶瓷珠，第二个称为CE-Z425的处理已经以产生更深的冷加工层。CEB120处理后，第三次称为CE的梳由喷丸硬化所施加的表面粗糙度的影响,其处理是已经量化的轮廓测量，其结果可在[16]文献[16])。结果发现，用在更加激烈的喷丸处理的大镜头，即CE-Z425和CE-Comb，产生为简明起见)。反之，在有孔玻璃珠撞击综合征的轻微效率(标以箭头在图2a)已经发现，当在CEZ425处理中使用的大珠的大小变得与尖锐型缺口试样的缺口根圆角半径具有可比 引起的喷丸残余应力场的分析处理已进行了由通过应力分布X射线衍射(XRD)技术的测量(有关详情载于文献给出_[16,17])。类似的结果已经通过由盲孔钻技术[25]获得。在在后一种情况下，经过CE-B120处理，受到更强烈的喷丸处理(CEZ425和CE-Comb)的标本特征是更深层次的压缩残余应力分布和更高的分压肤浅峰。表层受到压缩残余应力很的影有不同，而压峰值的深度几乎是相同的的测量(0.075-0.080毫米)。在表面之下，两种处在室温空气和在30赫兹的标称频率条件下，反向(零平均应力，R=1)平面弯曲位移控疲劳应力水平在范围在5104到5106的周期已经被考虑在内。疲劳曲线对应的失效概率1=NKP500P50f按照标准程序[26]，通过拟合日志(N)与log()的结果获得。不确定性范围被假定f为是恒定的，并通过其质心值近似。因为散射的代表性，下面的表达式被使用：子子子的子撞击的覆盖率速度(m.s)(％)EB12063-125ZrO4.5NE25-O4.5AZ25EComb程得到的，采用12-15个样品。3.疲劳强度和缺口敏感性缺口试样，分别各自考虑了不同材料的变形。参数代表着对应的失效概率为50％的疲劳曲线，根据式(1)公式和(2)公式的计算，结果分散，并且疲劳特性周期为5106的结果在。这种改进取决于所施加的载荷，对应于较长的疲劳，存在着更为显著的载荷水平，然败断口缺口试样的分析测量中(那些在文献[16]的普通样本报告)，这里为简便起见就没有报道，已经进行了。在所有喷丸条件下，他们表明在一个区域疲劳裂纹的萌生非常接近 (0-100m)缺口尖端，缺口严重程度，以及应力水平的影响。在文献[16]中普通的的喷丸处理间的疲劳响应的差异已登记过广泛的讨论。已经发现，在经受更在加激烈的样品反向弯曲喷丸处理(即CE-Z425和CE-Comb)约500万次高周疲劳忍宏观材料的塑化以及由此引发的残余应力放松施加在高循环疲劳有阻力从而产生不利影响。相反，较高的负载水平产生压塑化与随之而来的残余应力松弛和较短的疲劳寿命。fK11q=f=Kr这表明附近缺口的微观结构特征是相似的。与此相反，在CE-B120，以及在主要程度上该CEZ425和CE-Comb的条件表明相当不同的一个值，表明经过喷丸处理在材料方的缺口针尖口根部的撞击综合征的小珠较大的更有效,那些表明计算受到了CE-Comb处理对于系数为fK普通的锋利缺口试样的在CE-B120条件下的疲劳反应的影响。所获得Kf因子的和长度，f记录在在表4中的括号。低疲劳缺口的敏感性随之增加，实际上是由于在表面层材料引入残余压应力引起的。2.残余应力场的数值模拟残余应力在影响喷丸组件[27]的疲劳反应中发挥着至关重要的作用。特别地，残余应力的分布。不幸的是，在目前的情况下，疲劳损伤集中在一个''加工区“以后的缺口尖端[18,19]，特点是强烈的应力梯度，其尺寸远小于直径的x射线用于x射线衍射测量(2mm)[16]。关于这个问题，有处理喷丸残余应力的几何不连续的接近测量极少数实验可以信息提供的是关于切口周围的残余应力分布和残余应力的演变的疲劳寿命。大多数的残余应力测量存在邻近的压力问题和冷扩张孔(28、29)，但是他们一直在进行组件的尺寸(通常大间隔的距离大于1毫米，即在距离不能理解强烈的残余应力梯度预期下的样品检查。从这些结果出发，重建残余应力场的数值似乎是唯一可行的解决方案。在这个意义上说,但值得注意的是，实验的大部分作品试图关联的残余应力场与经过不同的表面样本的缺口疲劳响应处理(例如[30,31])，利用有限元模拟旨在评估靠近槽口的残余应力分布区域。在文献[17]位于普通标本中观察到的残余应力松弛机制由限元模型已经建立和经过实验验证。具体来说，通过表面处理创建的残余应力场已被引入到有限元模型，由一个虚构的温度分布沿不同途径试样的厚度和负责静水初始应变分布(ISD)，根据Beghini和Bertini的所提出的程序[32]。这是与实验证据一致的，这是通过对材料的周围由所施加的约束产生的残余应力而引起的杆的塑性变形影响来进行的。由于喷丸硬化是在整个样品表面均匀地施状(普通或缺口)，单独依靠喷丸处理。因此，同样虚构的温度场，在参考文献[17]中找到，推导出，联系到参与所采用的外推方法。有限元模型已经用ANSYS代码建立了(ANSYS，匹兹堡，PA，USA)，使用八节点等参的元素。为简便起见，只有钝的模型建立，可以查看图5。为了采取对称的优点，只有四分之一的标本进行了建模。在表面区域的网格特别精制的目的是更好的再现在硬力层应力和应变梯度，由于喷丸处理的作用。在表面区域的元件的最小厚度为12m。独立速率，塑性增变曲线已被通过反向轴向应变检测结合显微硬度试验得出，该有限元模型的温度依赖性弹塑性材料的特性[16,17]来实现。由于疲劳载荷的弯矩也为了防止边界效应被应用到有限元模型的一个末端，远离关注区域.根据纳维公式作为应力梯度变化呈线性厚度Z。在第一负载周期之后，已经观察到完全稳定的残余应力场，从而表明，根据反向疲劳载荷，松弛机制是有效的早期疲劳循环[17]。图Y号)和稳定的(虚线和点线，空心符号)分别进行了CE-B120，CE钝型缺口试样残余应力场轴的缺口尖端，并成为从沿切口平分线的槽口移动双轴。残余应力场变等双轴≤2毫米的切口(图6未说明)。对于CE-B120处理，在耐疲劳性应力场保持弹性限度，而对于更加激烈负载水平观察到纵向残余应力分量的显著松弛在(大约，在8104到5105之间)。图7a-c分别显示初始(实线，封闭符号)和稳定(虚线和点线，空心符号)的残余应力线移动，存在近双轴应力场。在经受CEB120处理的样品中，在耐疲劳应力场仍处于弹性范围除了缺口尖端周围一个有很小的0.1毫米区，其中部分残余应力松弛观察(图7a)，而观型缺口试样经受纵向残余应力分量的非常的松弛。3.疲劳响应预测数值评估周围的凹槽中的残余应力分布的优点在于，缺口疲劳响应可以用一个字段的的临界条件当达到这种有效应力S，f通过平均等效应力和沿切口平分线过材料特性长度L计算，等于纯疲劳强度f：SLjLdyf(4)2L0eq其中y是沿切口平分线与原点位于缺口顶点的局部坐标(见图5)。功地预测了光滑的样品[16]的疲劳响应。残余应力被视为平均应力叠加到由外部循环载荷[34]引入的振荡应力。锡尼什标准包括八面体剪应力幅值，或等价的VonMises应力振幅方程：+?.p=VMams==()2+()2+()21,a2,a2,a3,a3,a1,a(++)+(RS+RS+RS)RS+RSp=1,m2,m3,m123=12m33即残余应力场的双轴和外部疲劳载荷交替。(6)a和材料的参数，是指在未撞击条件根据该材料的加工硬化由喷丸引入，施加在耐疲们是从确定的在作为接收的条件(R=-1)和脉动疲劳试验进行了充分的反向弯曲试验(R=0)，5]中：01(8)其中f和f完全相反，分别给定的编号脉动纯疲劳强度的周期的故障。因此，用于预测缺口试样的疲劳备用响应线法的制定由下式给出： 1j2L(Nf)(((()+a(N).p(())dy=f(N)(9)2L(N)0VM,aafmRS一1ff这里L,a,和f取决于循环失效的数目N，p残余应力场的函数,(所施加的弯曲应fmVM,a力(的振幅,即只有未知的这个等式的。a对裂纹扩展的应力强度因子的两个范围的函数(编Kth=3MPam[36])和纯疲劳耐力LL(N=5人106)=(th)2=0.035mm(10)r环疲劳机制。具体地，线方法的这种扩展是基于这样的构思，该材料的特征长度L为周期ffLNANB(11)f特征长度L来计算，由表达式(10)和L，用于静态问题并给出公式：0ssf几(这里K是是平面应变断裂韧性在文献[38]中有报道，数值为36MPam。根据该作为接收IC定的高循环疲劳机制(N之106)，并有所不同根据公式(11)中的介质循环疲劳机制f(N想106)。这种对这一现象的明显简单化的方法，因为在低周机制疲劳反应完全改变，f方法的显着简化，被认为可接受。因此，方程(10)取下列值：ff是初始残余应力(IRS)领域的，并且在疲劳周期f(N)给定一个普通的疲劳强度。特征长度的适当值根据方程(10)和(13)来计算的，由N决定。那么，有效应力，由单f一应用弯曲应力S计算。这是两个凹槽的几何形状和特征长度L的函数。引起的弯曲应力振幅，线性假设(下来之后材料的初始抖动弹性行为)，反比于S。第一个弯曲应力幅aaa测值。在第一种情况下，在作为接收的疲劳耐久性的实验值和预测值和B120条件为缺口类型之间获得的一个很好的协定，误差实际上小于6％。与此相反，经受更强烈的喷丸硬化处理的缺口试样疲劳强度被高估高达50％，这可能是由于局部残余应力松弛。事实上，如果稳定的残余应力分布都考虑在内，这个高估显著向下降低到约10％，除了大幅型缺口试样经受CE-Z425处理导致20％的高估。这个事实可以通过调用在缺口顶点的紧邻处理的次要其尺寸远远小于槽口的特征尺寸小或者应用喷丸专门用于深孔设计的处理，如旋转式喷枪喷在参考文献[16]已经观察到更激烈的喷丸处理(CE-Z425和CE-Comb)普通耐疲劳性是由微小加工区。所获得的结果实际上证实这一假设，在第三单元制造，引入残余压应力同时负责加强缺口采用的是利用由残余压应力对疲劳反应产生的有益作用。因此更倾向于残余应力松弛，从而为他们部分损失发挥有益作用。无论如何，不管松弛现象，对缺口的残余应力场作用集中效果足够高的增量与缺口严重程度上升的耐疲劳度增加。应力场施加任何有益的影响。实验数据和在中等周期制度计算出的平均疲劳曲线之间的比较示于图，图9a-d表示作为在实验性之间取得一个非常好的协议及预测(图9a)两个缺口类型接收状态的疲劳曲线，Bb预测已获得初始残余应力。即