復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下三維疲勞短裂紋生長(zhǎng)行為研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的蓬勃發(fā)展與進(jìn)步，金屬材料也隨之被廣泛的應(yīng)用于在各個(gè)領(lǐng)域中。因此，探究金屬材料性能、分析金屬材料疲勞壽命也成為現(xiàn)如今重要的探究問題之一。經(jīng)過一百多年的不斷努力，各國(guó)學(xué)者在疲勞壽命分析領(lǐng)域付出了辛勤的努力，同時(shí)也取得了重大進(jìn)步。特別是近幾十年，隨著工業(yè)CT掃描技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，研究者們對(duì)于疲勞壽命問題的分析不再局限于二維平面中，研究重點(diǎn)逐漸由二維平面向三維空間轉(zhuǎn)移，為疲勞裂紋分析研究提供了新的思路與方法。本文選用2

2、A12鋁合金作為低周疲勞實(shí)驗(yàn)材料，并結(jié)合裂紋的表面觀測(cè)技術(shù)、CT掃描技術(shù)、圖像預(yù)處理以及三維重建技術(shù)，探究2A12鋁合金圓柱形試件中疲勞裂紋的三維生長(zhǎng)特性。
　　本研究首先對(duì)鋁合金圓柱形試件進(jìn)行常溫下的低周疲勞試驗(yàn)，為在實(shí)驗(yàn)過程中形成復(fù)雜應(yīng)力條件，將試件中間部位加工有環(huán)狀缺口。實(shí)驗(yàn)采用應(yīng)變控制，分別對(duì)具有不同缺口半徑（R=3、R=4、R=5）的實(shí)驗(yàn)試件進(jìn)行不同應(yīng)變幅值（0.30%、0.40%、0.50%）條件下的低周疲勞實(shí)驗(yàn)，分別

3、探究實(shí)驗(yàn)應(yīng)變幅值以及試件缺口尺寸對(duì)2A12鋁合金低周疲勞壽命的影響。通過實(shí)驗(yàn)分析研究發(fā)現(xiàn)：鋁合金材料低周疲勞壽命受應(yīng)變幅值影響顯著，且材料疲勞裂紋多萌生于雜質(zhì)相(FeMn)Al6處、材料缺陷處以及晶界處；試件短裂紋的萌生多發(fā)生在試件疲勞壽命的前期和中期，數(shù)目也隨之增多；短裂紋的擴(kuò)展形式主要以單一主裂紋為主，在裂紋擴(kuò)展后期將伴有裂紋合體、干涉現(xiàn)象，最終發(fā)生失穩(wěn)破壞。其次，以常溫下低周疲勞試驗(yàn)為基礎(chǔ)，在實(shí)驗(yàn)過程中，采用中斷實(shí)驗(yàn)法，對(duì)處于不同

4、疲勞壽命階段的實(shí)驗(yàn)試件進(jìn)行工業(yè)CT斷層掃描，并對(duì)掃描獲取的圖像序列依次進(jìn)行對(duì)比度增強(qiáng)、平滑濾噪、二值化等圖像預(yù)處理過程。其中，對(duì)比度增強(qiáng)用于增強(qiáng)圖像視覺效果；平滑濾噪用于提高圖像質(zhì)量；二值化用于分割目標(biāo)與背景，忽略不重要的細(xì)節(jié)。最后使用MATLAB程序?qū)υ搱D像序列進(jìn)行三維可視化，并根據(jù)疲勞裂紋的三維可視化模型，計(jì)算重建模型的三維尺寸，確定模型尺寸與實(shí)際裂紋尺寸相符，三維重建效果良好。最后，為方便對(duì)所使用的MATLAB程序進(jìn)行統(tǒng)一管理，將