鈦合金多軸疲勞壽命預測方法研究.pdf

1、工程實際中的許多結構和構件，如航空發(fā)動機葉片、機匣以及主軸等常常處于多軸應力狀態(tài)，一方面是由于這些結構本身的幾何形狀比較復雜，其結構上往往具有小孔、凸臺、溝槽、焊縫等，即使僅承受單一疲勞載荷作用，結構局部應力應變分布實際為多軸應力狀態(tài)；另一方面這些結構在工作時往往承受多種載荷的循環(huán)作用，各載荷之間可能為比例加載，也可能為非比例加載，甚至是隨機加載。因此，發(fā)展相應于多軸的疲勞理論和疲勞試驗方法對于更好地解決實際問題有著十分重要的意義。本文

2、選取航空發(fā)動機結構典型材料TC4鈦合金，對其開展多軸疲勞試驗與理論研究，論文的主要內容包括以下四個方面：
　　針對航空發(fā)動機結構典型材料TC4鈦合金開展了單軸、多軸疲勞試驗研究，試驗包括準靜態(tài)拉伸、單向拉壓疲勞、純扭轉疲勞、比例與非比例常幅多軸、變幅多軸、缺口常幅多軸及缺口變幅多軸疲勞試驗。試驗研究表明，TC4鈦合金在循環(huán)載荷作用下呈現循環(huán)軟化現象。采用位移控制模式對光滑薄壁圓筒進行常幅多軸疲勞試驗的結果表明，45o和90o非比例

3、載荷下，TC4鈦合金非比例硬化現象明顯，在低壽命區(qū)，非比例載荷路徑下的疲勞損傷更大，疲勞壽命降低。采用載荷控制模式對兩種類型的缺口件進行缺口多軸疲勞試驗的結果表明，45o和90o非比例載荷下的疲勞損傷比比例載荷下的小，疲勞壽命較長。
　　驗證和評估了幾種常用的多軸疲勞壽命模型對TC4鈦合金多軸常幅疲勞壽命的預測能力，并在此基礎上基于臨界平面理論，提出了一種新的多軸疲勞壽命預測模型，該模型以最大剪應變幅平面為臨界平面，考慮了臨界平面

4、上的正應力和正應變對疲勞損傷的貢獻，可以同時適用于比例和非比例加載下的多軸疲勞問題，能夠描述平均應力對材料多軸疲勞壽命的影響。采用TC4鈦合金及其他5種金屬材料的多軸常幅疲勞試驗數據對該模型的壽命預測能力進行驗證和評估，結果表明提出的多軸疲勞壽命模型具有較高的預測精度。
　　基于本文提出的多軸疲勞壽命模型，針對變幅多軸載荷下的疲勞壽命問題，提出了一種變幅多軸載荷下的疲勞壽命預測方法。采用TC4鈦合金及其他三種金屬材料的多軸變幅疲勞

5、試驗數據對該方法的壽命預測能力進行了驗證和評估，對幾種材料的多軸變幅疲勞壽命預測結果均在試驗結果的2倍分散帶內。
　　提出了缺口件在多軸載荷下疲勞危險點的確定方法。將臨界距離理論應用于缺口件多軸疲勞壽命預測中，給出了多軸載荷作用下缺口件缺口根部損傷梯度修正的點法和線法的臨界距離的計算方法。采用TC4鈦合金缺口件的多軸疲勞試驗數據對點法和線法的疲勞損傷梯度修正能力進行了評估，結果表明這兩種方法具有良好的損傷梯度修正能力，并且修正能力