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金属疲劳的信号监测
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拯t本文对济后回线进{亍了截分方程的构建,利甩州s瑚H1312疲劳试验机输出的动杏信号,摄
取特征参教.选用三种材料进行盎劳试验,实时跟踪它们的疲劳损伤过程.
关啊t疲劳捐伤监潮
一、引言
疲劳、磨损和腐蚀是工程中机械构件最主要的三种破坏形式,而疲劳破坏往往无明
显先兆,常常造成灾难性事故和重大损失,如桥梁疲劳断裂、轮胎疲劳馨裂等等,园此对
疲劳破坏的研究是工程技术人员关心的课题.自从认识疲劳现象以来,科学工作者对疲劳
过程进行了大量的研究,各国学者相继建立了几十种疲劳损伤模型[1—3】,然而实践证明
这些以试验为基础的经验公式,其精确度都不能令人满意:在相同条件下.它们的计算结
果往往会有几个数量级的差别[41,使人们对症劳损伤过程的认识是否全面提出了质疑[5】。
我们认为,影响疲劳的困素很多,有外在的影响因素:载荷的大小及变化方式、环境介质
等,有内在的影响因素如材料的组织变化和缺陷等等,这些因素很难全面把握,但它们对
疲劳全过程又有根大的影响.因此疲劳过程是一种复杂的过程,疲劳过程也就具有不确定
性,用统一的模型来描述疲劳过程会产生较大的误差,所以根据具体情况,确定损伤参量.
对疲劳过程的瞬时损伤进行实时盟视,也就有极其重要的意义。
二、微分方程的构建
在材料产生塑性变形时,濉后回线是描写循环加载过程中材料应力与应变量常用的方
法,它包含了材料在循环的各个阶段的各种重要力学参数。由于滞后回线在研究材料循环
加载过程中的重要应用,力学工作者近年来注重于精确构建能够描述滞后回线的锻分方程,
以便把握材料在循环加载过程中的变化特征,从而建立材料在循环加载的损伤模型井提取
损伤参量,对材料疲劳损伤过程进行监嬲.
为精确地构建材料在循环加载过程过程中滞后回线的微分方程,比较有代衰性的有利
用双线性方程构建滞后回线[61.但沸后网线这种典型的非线性方式用线性方程来构建,将
一72.
产生很大的误差。文献[7]用分段的微分方程构建滞后回线,使精度大为提高.本文在此基
砖上,构建微分方程如下:
厅+2枷+鲫2+(1一口)∞2==,(f)
j=』靠一用舀0爿”1:一删砰 (2)
这里u为位移,z为循环力,u为循环频率,f(t)为外作用力,Y为材料的循环软、
硬化指数,当Y小于O.65时为软化过程,大于o.65时为硬化过程[8]。特征参数A在循环
中的变化趋势与一般疲劳循环过程中的塑性应变能的变化情况极相似,随着疲劳循环的进
行.特征参数A值发生着显著变化.方程(1).(2)基本能够反应材料在循环过程中的常
见特征。
三、材料的选择和实验
为检验上述数学模型的适用性,选用材料及设计试验方案如下:
0.明t%妇,其余为Al。
试样2、为体积分数为百分之五硅酸铝纤维增强铝舍金复台材料(Ali岛·siQ坪/zLl08).
增强纤维化学成份为55.60Ak唔,39_44si啦,o.研t%F屯呜.耐火纤维经粉碎、分离渣、烘
干并经1200℃热处理以完成非晶卷一一奠来石晶型的转变,经此处理后作为增强纤维使用。
采用压力铸造法将铝液在压力下渗入纤维预制型中制成复合材料。
试样3、选用奥氏一贝氏体球墨铸铁为试验材料,其成分为:
用镁、硅铰台金作为球化剂,球化时间32秒,再以转包法处理,以75硅铁在1295℃下孕
育浇铸成铸锭。热处理工艺为:90D℃奥氏体化l小时,370℃保温l小时后空气中冷却,
最后加工成疲劳试样.
试验在INSTRONl342电液伺服疲劳试验机上进行三点弯曲试验.采用载荷控制进行循
环加羹,加载频率为5Hz,载荷变化方式为正弦脉动,应力比R=o.I,试样l的应力波动
一73—
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