复合载荷下ZL104铝合金疲劳裂纹的预制.pdfVIP

04铝合金疲劳裂纹的预制 复合载荷下ZLl 罗辉阳，孙振华，付朝华，吴新如 (清华太学丁=程力学秉．北京r【000“’ 摘要 奉文针对脆性材料的紧凑拉伸fcT)试件．提出r在复合疲劳载荷作用下预制出疲劳裂纹新方法， 并用此方法预制出zL04铝台金的疲劳裂纹和铡试其断裂韧性。由于在cT试件的两侧面施加压缩载荷， 在拉伸疲劳藏荷作用下产生与之方向相反压缩疲劳载茼，形成复合疲劳载菏，引起应力强度因子范围△K 的下降，导致裂纹扩展速率的降低，从藤控制丫疲劳预制裂纹长度。在一定拉伸疲劳载荷和压缩载荷下． 可成功地顼涮出所需的疲劳裂纹长度。 关建词：脆性材料：疲劳裂纹预制：复台戴荷 一、引言 在材料的K。c测试中．一般用疲劳方法预制的裂纹效果较好¨但是对于脆性材抖， 其疲劳载荷较难控制，用常规的方法预制出疲劳裂纹十分尉难，必须使用新方法来预制疲 劳裂纹埘，对于陶瓷、高强铝合金，硬金属等脆性材料”‘5】．在远场循环压缩载荷作用F， 裂纹由缺口顶端的拉伸残余应力作用产生裂纹．但预制的疲劳裂纹长度不能人为的控制。 在三点弯曲疲劳裂纹过程中在试样的两侧旅加一个适当的侧向压力，构成复合加载【2】．但 没有涉及到具体的复合加载方法和理论分析。本文针对脆性材料zL104铝台金紧凑拉伸试 样，探讨在拉拉疲劳载荷作用下外加某一压缩载荷预制出疲劳裂纹的新方法，并进行KJc 测试。 二、疲劳裂纹预制方法 在脆性材料的疲劳裂纹预制中．矗采用特殊的方法使裂纹萌生后立即减小d苴，使d五 进入到近门槛区，接近门槛值d‰，则裂纹扩展速率逐步降低至零。在紧凑拉伸试件的疲 劳裂纹预制中，一段要求萌生一定的裂纹长度。如果在与拉伸疲劳载荷平行的反方向加压 缩疲劳载荷，如图I所示．则可使裂纹扩展驱动力d芷降低，锄为拉伸载荷离缺口尖端的 距离，口I为压缩载荷离缺口尖端的距离，血为预制的疲劳裂纹K度，dP为拉伸疲劳载荷 一斛一 幅，49为压缩疲劳载荷幅。随着应力强度因子范围4足的降低，相应地疲劳裂纹扩展速率 出他也降低．预制豹疲劳裂纹长度得到控制． 为了保证压缩载荷dQ加载到cT试件的两侧，专门设计一套框架结构的压缩夹具和 特制的u型夹块，通过夹具上的螺旋结构施加压缩载荷，具体的装配图如图2所示。因为 框架加载结构超静定的约束，在拉伸疲劳载荷d，的作用下会产生未知的压缩疲劳载荷 dQ。为了确定此鲤值，在夹具框架的中间对称面上内外两侧共贴上4片电阻片，如图3 所示，采用圈4所示的全桥组桥方式．通过数字式的动态应变仪输出应变量晶，由于对称 性，此受拉力Q的框架为一次静不定结构，在贴电阻片处的截面上，存在着拉力g”和未 知的弯矩肼，则有 占。=96，4￡彬 (1) 式中．彬为截面抗弯模量．占为弹性模量。则在所设汁的许可载荷内，可通过输出应变品 测量压缩载荷Q。通过对9和昂的关系进行标定，则得到所加的压缩载荷Q。 图1 cT试件受复合载荷示意图 囝2．试验的装配豳 ／一加力●控 加t●曩 电阻片 ^，丁 4擎 图3．框架压缩加载示意图 图4．测定压缩载荷示意图 一时一 三、应用实例 脆性材料zLl04铝合金．标准紧凑拉伸试件宽30mm．厚度8mm．缺口长度 日f13．5mm，要求应用前述的方法预制出扣3帅的疲劳裂纹．材料参数为弹性模量71GPa， 拉伸强度136Ⅶ，a，延伸率1．1‰试验设备为ITIg帅n1603疲劳试验机．以载荷控制方式． 共振频率为95Hz，载荷比0．I，波形为正弦波，压缩载荷距缺口尖端口，=7mm．先加预定 的疲劳压缩载荷Q_，再加疲劳平均载荷^，给定幅值，开始进行试验．同时监视试件两 测的