金屬棒材疲勞斷裂研究與應(yīng)用.pdf

1、應(yīng)力下料技術(shù),是對材料施加疲勞載荷使得疲勞裂紋在預(yù)定截面萌生并快速擴(kuò)展至斷裂,從而達(dá)到使材料分離的目的的一種方法。這種技術(shù)是根據(jù)斷裂力學(xué)原理進(jìn)行安全設(shè)計(jì)的逆過程,符合現(xiàn)代機(jī)械加工少無切削精密加工的發(fā)展方向,是一種綠色加工技術(shù),具有廣闊的應(yīng)用前景。但要使其成為一種實(shí)用的工業(yè)技術(shù),以往的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。
　　基于此,本文以棒材為對象,從理論和試驗(yàn)兩方面對應(yīng)力下料過程所涉及的機(jī)理和主要參數(shù)的選擇進(jìn)行了進(jìn)一步研究,以期能推動應(yīng)力下料技術(shù)向

2、生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化。本文首先從應(yīng)力下料時影響棒材脆斷的因素出發(fā),分析了棒材切口處的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài),討論了切口處疲勞裂紋起始的部位及其力學(xué)模型,結(jié)合疲勞裂紋擴(kuò)展的微觀機(jī)理及影響疲勞裂紋擴(kuò)展速率的內(nèi)外因素,討論了不同載荷形式作用下棒材斷口的宏觀形貌及棒材應(yīng)力下料時的疲勞強(qiáng)度。在切口型式的選擇上,本文使用有限元方法分析了應(yīng)力下料時四種典型切口型式(U型、V型、半V型和反半V型)切口處的應(yīng)力集中情況。在切口參數(shù)的選擇上,本文使用有限元方法分析了切口深

3、度、切口張開角度及切口根部圓角半徑等對切口處應(yīng)力集中程度的影響。從理論上得出的主要結(jié)論有:應(yīng)力下料時,V型切口在切口處形成的應(yīng)力集中程度最大,最有利于初始疲勞裂紋的萌生;不同直徑的棒材均在切口相對深度為0.1附近時,切口處應(yīng)力集中系數(shù)達(dá)到峰值;切口張開角度對切口處的應(yīng)力集中程度影響不大,建議切口張開角度取在60°~90°之間;切口根部圓角半徑對切口根部應(yīng)力集中程度有較大的影響等。在理論分析的基礎(chǔ)上,本研究選用了兩種材料,進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。