疲勞過程中能量耗散的實驗分析及其應(yīng)用研究.pdf

1、疲勞損傷過程同時也是耗散能量的過程，作為最重要的能量耗散形式，熱耗散的變化反映了材料從疲勞裂紋萌生、擴展到最后斷裂破壞演化的過程，由熱耗散引起的溫度場的變化則是材料形變過程中熱效應(yīng)的標志和度量，因此對溫度進行精確測量是研究疲勞過程能量耗散現(xiàn)象的實驗基礎(chǔ)。 本文首先應(yīng)用靈敏度和分辨率較高的紅外熱像儀對幾種金屬在疲勞過程中的溫度變化進行了較精確測量，觀測到它們大體都滿足三階段溫度變化特點：初始溫升階段、溫度穩(wěn)定階段、斷裂前溫度快速升

2、高階段，也對應(yīng)力幅值變化、平均值變化等對溫升變化的影響進行了試驗考察。同時認為無外部熱源作用時疲勞過程溫度變化的影響因素主要為熱彈性響應(yīng)、非彈性響應(yīng)和熱傳遞，材料的塑性變形和粘彈性行為分別主導(dǎo)了載荷在疲勞極限上、下時的材料生熱。 第三章從疲勞過程能量耗散平衡的觀點出發(fā)，在分析能量耗散形式及機理的基礎(chǔ)上，建立疲勞過程能量耗散理論模型，合理簡化后得到了溫度變化、單位體積熱能耗散率、儲能率和輸入功之間的理論關(guān)系。 試驗表明，疲

3、勞過程溫升的突變同選擇載荷方式相對應(yīng)的疲勞極限有關(guān)，因此根據(jù)對應(yīng)的溫度變化規(guī)律可快速獲得疲勞極限推算值。文中應(yīng)用此方法由紅外熱像技術(shù)測溫獲得了45鋼、Q235鋼和純銅試樣的疲勞極限，試驗結(jié)果無論用單線擬合法還是雙線擬合法，均與常規(guī)方法所得值相差不大，在滿足精度的前提下其試驗時間、成本上的效益明顯。能量變化、熱耗散體現(xiàn)了材料疲勞變化的過程特征，因此可以探索基于熱耗散預(yù)測材料疲勞壽命的方法，本文導(dǎo)出了疲勞壽命與溫度穩(wěn)定狀態(tài)時每循環(huán)內(nèi)單位體積