文摘

与multiaxis加载疲劳寿命预测模型。该模型引入了一个新的有效的循环参数,在临界表面等效应力,修改尚德模型。新的损伤参数与经验常数,因此更适用于工程实际应用。multiaxis疲劳试验是进行高强度铝合金7075 - t651 multiaxis疲劳寿命预测的试样进行了有限元软件。实验结果表明,提出的模型是有效的预测multiaxis载荷下的疲劳寿命。

1。建立Multiaxis疲劳寿命预测模型

大多数机械设备和工程结构部分运行在一个复杂的多维应力状态。即使他们有单轴荷载,当地仍在multiaxis应力状态由于其复杂的几何形状(1]。多轴应力之间的相互作用的主要原因是机械设备和结构部件的疲劳破坏。因此,它是很有价值的研究multiaxis疲劳寿命预测方法。到目前为止,各种multiaxis疲劳寿命预测模型(2- - - - - -6提出了。然而,遭受有限的实验条件下,加载形式的复杂性,和材料的多样性7),上述所有工作无法预测multiaxis疲劳寿命在不同加载条件下准确(8]。

目前的多轴疲劳寿命预测主要采用临界平面法,它使用的最大应变剪切面材料的破坏面。最大剪切应变和正常的应变在飞机上被认为导致材料的疲劳损伤。临界平面法用于预测multiaxis疲劳寿命。当之间存在相位差的拉伸应变和剪切应变材料或对象,也就是说,当它受到非比例加载、材料的应变主轴或对象将定期改变装运的周期性变化。周期性变化的应变主轴导致剪切应变和临界平面的法向应变不能同时达到最大,从而导致材料的附加强化效应。研究表明,更大的拉伸和扭转应力之间的相位差角,更加突出附加效果的加强而降低材料的疲劳寿命。文献[9)提出了一种新的参数,正常的压力,而认为两者之间的正应变振幅的大小最大剪切应变返回点是影响疲劳裂纹扩展的一个重要因素,与此同时,正应变范围可以更好地描述了非比例循环附加强化效应的材料疲劳寿命下的现象,提供以下multiaxis疲劳损伤参数模型如下: 正应变方程在哪里

当等效菌株有相同的值,但剪切应变比正常菌株不同,材料的正应变随相角,如图1。图1揭示了大约相位差角之间的正相关和材料的正应变和应变变化显然更大。更详细,材料不是单调递增的正应变范围内,但由于相位差角的增加,先增加然后减少,因此,正常的压力不是很好描述材料的额外的加强效应在低应变率。

图2描述之间的关系从尚德模型和等效应变计算相位差角条件下,剪切应变的标准差和积极的应变和剪切应变的比例0.4%正常压力是不同的。相位差角增加时,尚德模型损伤参数也会增加。

然而,根据图1的正应变损伤参数不会增加相位差角的崛起在低应变率。因此,模型不能描述multiaxis低应变率下的疲劳寿命。从微观的角度来看,疲劳裂纹通常发生在当地的塑性区滑移区。疲劳裂纹增长聚合过程沿着裂纹尖端剪切带。正应变和裂纹表面的法向应力使这个聚合加速,导致疲劳裂纹的生长,所以它应该考虑法向应变和法向应力对疲劳损伤累积的影响。当材料的等效应变大小相同而加载方法不同,材料的疲劳寿命会有一些差异。相应地,作为multiaxis疲劳损伤参数,只有等效应变与剪应变和法向应变临界平面上有一些限制。

因此,multiaxis疲劳加载过程中,除了紧张疲劳损伤的贡献,临界表面的压力,在一定程度上,加速疲劳裂纹的形成和扩展。所以multiaxis疲劳寿命预测应考虑的影响不仅紧张疲劳损伤,而且临界表面压力。临界平面上的压力可以通过Osgood-Ramberg方程: 在哪里循环强度因子和吗是循环应变硬化的因素。

图3描述临界平面上的等效应力之间的关系和相位差角条件下,剪切应变的标准差和积极的应变和剪切应变的比例0.4%正常压力是不同的。等效应力和临界平面上的延迟角显示单调递增关系条件下应变率是不同的,在900年达到最大值非比例加载,这是按照实际的疲劳寿命,相位差角减少的事实。比较图2,等效应力在关键的飞机是用来描述的效果额外非比例多轴疲劳寿命的影响。

本文基于现有的multiaxis疲劳寿命预测模型,考虑到不同的加载条件,临界平面上的等效应力用于描述非比例附加效应,和一个新的multiaxis疲劳寿命预测模型 在哪里疲劳寿命,疲劳强度系数,是疲劳延性系数,疲劳强度指数,是疲劳韧性指数。

的材料参数方程(4)可以通过单轴疲劳试验。也可以估计疲劳材料常数的相关手册和文献,可以用来估计multiaxis疲劳寿命。

2。Multiaxis疲劳试验

2.1。实验材料

高强度铝合金7075 - t651受雇为研究对象,它的化学成分和疲劳性能如表所示1和2。

2.2。实验设备

疲劳试验进行了在两个不同的疲劳测试机,根据不同的加载方法。进行了单轴拉伸疲劳试验MTS-50Kg疲劳试验机。在mts - 858是pull-twist复合加载疲劳试验。图4(一)是MTS-50KN,和图4 (b)mts - 858电液伺服疲劳试验系统。

2.3。试样的形状

试样是由栏坚果和切口是半径的圆槽1毫米中心的标本。标本的具体形状和尺寸如图所示5。为了消除切割标记生成的加工过程中,铝表面的保护膜,酒吧是使用细砂纸打磨抛光的表面在测试之前。

2.4。实验结果

材料的加载在测试和详细的实验结果如表所示3。

日立SU1500检测到的扫描电子显微镜(10,11),扫描电子显微镜的分辨率是50μ米和200μm,分别显示了生成的结果数据6(一)- - - - - -6 (d)。

3所示。有限元模拟

它是复杂计算的应力、应变状态使用的理论公式。为了获得材料的应力、应变状态迅速和有效地,使用有限元分析软件来解决这个问题。为了使模拟更接近试验条件,有限元模型的有效距离设置为20毫米匹配的有效长度伸长计在测试期间。同时,为方便加载,长2毫米刚体在正确的模型,建立了拉伸和扭转状态的有限元模型是通过加载实现刚体。啮合时,二维网格首先网状然后旋转来产生一个三维网格。网格划分如图7,那里有30565个节点的范围。单位的数量是15504,紫色的弹性模量需要108 MPa的一部分,其默认为刚体。

有限元分析方法用于模拟实验条件下的荷载条件,和危险点的应力应变状态和相应的损伤参数如表所示4。

如表4显示,在比例和单向加载的情况下,风险点的样品是相同的节点。在非比例加载条件下,试样的风险转移到其他节点的切口位置。

结果表明,损伤参数记录在表中4带进多轴疲劳寿命预测模型,和失踪的多轴疲劳寿命部件在不同加载条件下。预测的结果在图所示8。

图8描述之间的关系预测缺口和实验生活,其中最实线表示的情况下,试验结果与预测结果一致。边缘上的两个实线表明,预测结果与实验结果不同,时间误差的因素。从图可以看出,预测结果是70%(7)位于误差因素的两倍;预测精度较高。同时,预测的生活基本上是高于实验生活。实际压力的原因可能是样品差距更集中在理想模型。

4所示。结果

(1)结果表明,法向应变临界平面上不能反映非比例循环附加强化效应的影响在低应变率下的疲劳寿命(2)生活的新模型预测和实验结果的比较表明,新的multiaxis寿命预测模型有更好的预测精度。multiaxis疲劳寿命预测模型建立的经验常数的摘要是免费的,很容易被用于工程

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是财务支持的青年项目(11902050)中国国家自然科学基金和青年项目(2020 jj4645和2020 jj5613)湖南省自然科学基金、中国。作者也承认杰出青年项目(18 b418 20 b068, 20 c0168)教育部门的湖南省,中国。