文档介绍：1998年 10月东北大学学报( 自然科学版) Oct . 1 9 9 8
第19卷第5期 Journal of Northeastern University (Natural Science) Vol119 ,No. 5
平均应变对多轴循环特性
及疲劳寿命的影响 X
尚德广①王德俊②王章海
(东北大学机械工程与自动化学院,沈阳 110006)
摘要以拉扭薄壁疲劳试样为研究对象,对正火 45 号钢在控制总应变拉扭循环加载下进行了
试验研究. 分别测试存在平均应变情况下,比例加载与非比例加载时,拉与扭的应力响应值变化规
律. 结果表明,低周多轴疲劳加载下,平均应变使其应力响应值有所降低,且拉与扭应力响应值的
变化规律不一致. 此外平均应变对多轴疲劳寿命也有一定的影响.
关键词多轴低周疲劳,比例加载,非比例加载,平均应变,循环硬化与软化.
分类号 TG 115 , TH 114
工程零部件多数是承受多轴循环载荷作变空间(ε,γ 3) ) 和应力空间(σ, 3τ) 用应变矢
[1 ]
用,多疲劳破坏是其失效的主要形式, 而平均量ε和应力矢量σ来表示:
应力(应变) 对其疲劳寿命有较大影响[2 ] . 在单轴
ε= εn1 + γ 3 n3 (1)
低周疲劳情况下,由于塑性应变的较大平均应力
σ= σn + 3τσn (2)
很快被忪弛掉,因而可以忽略平均应力的影响. 在 1 3
其中为单位矢量即为二维矢量空间中的
多轴循环加载条件下,由于存在多向应力或应变, , n1 , n3 ,
正交基矢量εγστ分别为轴向应变、剪切应
与单轴情况相比较, 其循环特性会发生变化[3 ] . ; , , ,
变、轴向应力和剪切应力
特别是在多轴低周加载条件下,平均应变对多轴.
ε与σ的大小与 Von Mises 等效应力和等效
疲劳特性影响如何,这方面有待于进一步研究,
应变相一致. 等效应力和等效应变分别定义如下:
寻找其规律性, 为多轴疲劳寿命估算提供重要信
σ= (σ2 + 3τ2) "- (3)
息. eq
2 2 "-
εeq = (ε+ γ/ 3) (4)
疲劳试验
1 试验采用正弦波加载:
试验选用工程常用的 45 号钢,取自直径为ε= εasinωt (5)
Φ60 mm 的热轧棒材,化学成分(质量百分数/ %) γ= λεasin (ωt - φ) (6)
为 C 0144 ,Si 0128 ,Mn 0166 ,S 01014 , P 0102 ,Ni 其中,λ= γa/εa ,εa ,γa 分别为轴向和剪切应变
0103 ,Cr 0105 ,Cu 0114. 将棒材加工成毛坯后,对幅;φ为ε,γ之间的相位差.
其进行正火处理. 热处理工艺为:加热到 850 ℃, 试验过程中每隔一定的循环周次对试验机输
保温 50 min 后空冷. 其屈服强度σs 为 370 MPa , 出的四个通道(ε,γ,σ,τ) 信号进行数据采集, 并
抗拉强度σb 为 610 MPa ,延伸率δ为 2814 % ,面用 X2Y 记录仪记录γ 3 - 3τ,ε- σ以及应力
缩率Ψ为 64 %. 材料经热处理后,加工成薄壁管响应图. 疲劳破坏定义