毫小試樣低周疲勞試驗(yàn)方法與應(yīng)用.pdf

1、尺寸為毫米級(jí)的小試樣（毫小試樣）疲勞性能的獲取對(duì)服役結(jié)構(gòu)和小尺寸零部件的安全壽命評(píng)估具有重要意義。隨著核電、風(fēng)電、航空航天、深海潛艇、高速鐵路、新能源汽車(chē)、生物修復(fù)和人工智能等領(lǐng)域的不斷發(fā)展，新材料的不斷發(fā)明與應(yīng)用，服役環(huán)境的復(fù)雜多樣，對(duì)材料和結(jié)構(gòu)的疲勞測(cè)試研究提出了更苛刻的要求。當(dāng)薄板、焊縫材料、薄壁管材、服役結(jié)構(gòu)的微損取樣和小尺寸零部件用材的疲勞性能無(wú)法采用傳統(tǒng)大尺寸試樣進(jìn)行測(cè)試獲取時(shí)，發(fā)展基于毫米級(jí)尺寸非標(biāo)準(zhǔn)試樣的材料力學(xué)性能測(cè)試

2、方法具有重要學(xué)術(shù)價(jià)值和工程應(yīng)用背景。本文主要完成了如下工作:
　　(1)對(duì)毫小尺寸薄片材料、零部件和微損取材設(shè)計(jì)了滿(mǎn)足低周疲勞等幅對(duì)稱(chēng)循環(huán)拉壓受力特點(diǎn)的新型毫小薄片漏斗試樣。對(duì)于試樣尺寸的小型化而導(dǎo)致難以?shī)A持的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了用于不同尺寸毫小薄片漏斗試樣的夾持方式和試驗(yàn)方案，從而實(shí)現(xiàn)了毫小薄片漏斗試樣的低周疲勞試驗(yàn)。
　　(2)提出了一套基于能量理論用于直接求解冪率材料低循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的預(yù)測(cè)模型UPCCR(Universal

3、 prediction model of cyclic constitutive relationship)?；跀嗔押推诜治鲋谐Ｓ玫腞amberg-Osgood應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系方程，對(duì)具有較好冪率硬化特征材料試樣在假定加載中的應(yīng)變能可以采用分離方程表達(dá)，提出了毫小薄片漏斗試樣變形域內(nèi)的彈性應(yīng)變能和塑性應(yīng)變能分離函數(shù)，根據(jù)功能原理和卡氏定理分別得到應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系彈性參量和塑性參量到彈性變形、塑性變形與載荷之間的關(guān)系表達(dá)式。采用有限元輔助

4、計(jì)算，標(biāo)定出模型待定參量，建立起對(duì)不同幾何尺寸和不同冪律材料均具有良好普適性的預(yù)測(cè)模型，并通過(guò)有限元正反向驗(yàn)證進(jìn)行了預(yù)測(cè)精度分析。
　　(3)基于毫小薄片漏斗試樣疲勞壽命等效原理，通過(guò)有限元彈塑性計(jì)算提出針對(duì)多數(shù)金屬均滿(mǎn)足的應(yīng)力幅應(yīng)變幅轉(zhuǎn)換方程。該方程實(shí)現(xiàn)了毫小薄片試樣跨漏斗所測(cè)控名義應(yīng)變幅和漏斗根部橫截面平均應(yīng)力幅到漏斗根部真實(shí)應(yīng)變幅和真實(shí)應(yīng)力幅的轉(zhuǎn)換。進(jìn)而得到獲取試樣漏斗根部材料代表性單元的真實(shí)疲勞壽命和Manson-Conf

5、fin壽命預(yù)測(cè)模型參數(shù)的新方法。
　　(4)完成了不同尺寸構(gòu)型316L不銹鋼和TA17鈦合金不同尺寸毫小薄片漏斗試樣的應(yīng)變對(duì)稱(chēng)變幅低周疲勞試驗(yàn)。基于循環(huán)穩(wěn)定階段的載荷-位移曲線(xiàn)，應(yīng)用UPCCR模型預(yù)測(cè)316L不銹鋼和TA17合金毫小薄片試樣的循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和等直圓棒試樣試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。試驗(yàn)驗(yàn)證了UPCCR模型對(duì)材料循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的良好預(yù)測(cè)精度。
　　(5)完成了316L不銹鋼和TA17鈦合金毫小薄片漏斗試樣和等直圓