復雜應(yīng)力狀態(tài)下三維疲勞短裂紋生長行為研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的蓬勃發(fā)展與進步，金屬材料也隨之被廣泛的應(yīng)用于在各個領(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，各國學者在疲勞壽命分析領(lǐng)域付出了辛勤的努力，同時也取得了重大進步。特別是近幾十年，隨著工業(yè)CT掃描技術(shù)以及計算機技術(shù)的發(fā)展，研究者們對于疲勞壽命問題的分析不再局限于二維平面中，研究重點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驗材料，并結(jié)合裂紋的表面觀測技術(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特性。
　　本研究首先對鋁合金圓柱形試件進行常溫下的低周疲勞試驗，為在實驗過程中形成復雜應(yīng)力條件，將試件中間部位加工有環(huán)狀缺口。實驗采用應(yīng)變控制，分別對具有不同缺口半徑（R=3、R=4、R=5）的實驗試件進行不同應(yīng)變幅值（0.30%、0.40%、0.50%）條件下的低周疲勞實驗，分別

3、探究實驗應(yīng)變幅值以及試件缺口尺寸對2A12鋁合金低周疲勞壽命的影響。通過實驗分析研究發(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；短裂紋的擴展形式主要以單一主裂紋為主，在裂紋擴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為基礎(chǔ)，在實驗過程中，采用中斷實驗法，對處于不同

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