復(fù)雜應(yīng)力條件下2A12鋁合金疲勞裂紋生長(zhǎng)行為研究及其三維重建.pdf

1、隨著工業(yè)的發(fā)展以及對(duì)各類材料的需求日益增加，對(duì)于材料疲勞的研究也變得越來越迫切。而自疲勞問題開始被研究的100多年以來，研究者以及工程師們也付出了大量的努力并取得了很多卓越的成果，而且對(duì)于疲勞裂紋的研究也不再局限于表面以及二維層次，此外近年來飛速發(fā)展的CT掃描更是為疲勞裂紋的研究提供了一個(gè)全新的視角。本文結(jié)合了2A12鋁合金疲勞試驗(yàn)及表面裂紋生長(zhǎng)行為跟蹤觀測(cè)、工業(yè)CT(ComputedTomography)斷層掃描、圖像濾噪處理技術(shù)以及

2、三維重建技術(shù)，綜合研究了2A12鋁合金疲勞裂紋在三維空間內(nèi)的生長(zhǎng)特性。
　　首先對(duì)中心處含有環(huán)形缺口的2A12鋁合金圓柱型試樣進(jìn)行了復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的疲勞試驗(yàn)，試驗(yàn)包括同樣尺寸的試件(R4)在不同應(yīng)變幅值條件(0.30％、0.40％、0.50、0.60％)下的壽命研究，以及載荷條件一致(0.56％)而缺口尺寸分別為R3、R4、R5的試件壽命差異以及裂紋萌生機(jī)理與擴(kuò)展特性對(duì)比研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)應(yīng)變幅值為0.50％～0.60％時(shí)，裂

3、紋萌生壽命及材料總體壽命均約為數(shù)萬次循環(huán)，便于觀察裂紋的生長(zhǎng)行為變化。而2A12鋁合金在復(fù)雜應(yīng)力條件下的裂紋萌生大多由與基體不相溶的黑色雜質(zhì)相(FeMn)Al6與其周圍晶體組織脫粘或斷裂后形成沿晶短裂紋。且在某一個(gè)或幾個(gè)微裂紋萌生并開始擴(kuò)展后，同時(shí)還會(huì)伴有其他短裂紋的萌生，且這些短裂紋之間在位置較遠(yuǎn)時(shí)，基本保持獨(dú)立生長(zhǎng)，只有當(dāng)其中兩條或兩條以上的裂紋在接近時(shí)會(huì)出現(xiàn)相互干涉并逐漸合并。還有某些短裂紋在擴(kuò)展時(shí)，受當(dāng)?shù)鼗茙У染w組織結(jié)構(gòu)的影

4、響，擴(kuò)展形狀呈現(xiàn)出較為明顯的鋸齒形態(tài)，即晶體學(xué)裂紋形貌，且隨著裂紋的擴(kuò)展，在顯微鏡下觀察時(shí)，裂紋表面附近呈輕微翻出狀，沿裂紋走向分布有樹權(quán)狀的損傷形態(tài)。
　　為了獲得準(zhǔn)確的裂紋三維形態(tài)及尺寸信息，采用計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行了掃描，并對(duì)其斷層圖像進(jìn)行了對(duì)比度增強(qiáng)、二值化以及離群濾噪等圖像處理。從圖像處理效果來看，二值化對(duì)于裂紋信息與材料的分離具有很好的效果且便于后續(xù)的觀察和處理，離群濾噪方法對(duì)于試件結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，而內(nèi)部裂紋信