缺口應力集中對高速列車鋁合金超高周疲勞性能影響的研究.pdf

1、5083鋁合金是一種不可進行熱處理強化的合金材料，鎂是其主要合金元素，該材料的強度高，塑性好，具有良好的抗腐蝕性及易加工性，被大量應用在高鐵列車的骨架、車體及外板，以及汽車、飛機、海事船舶等的焊接構件。高速列車在運行過程中，其結構將承受由振動引起的循環(huán)荷載作用，這種振動雖然應力幅值不高，但循環(huán)周次很高(可達108～1010)，嚴重威脅著構件在服役期的安全。因為結構設計需要，會有一些截面形狀不連續(xù)的部分出現在機械構件上，這些部分在外加應力

2、作用下會產生局部的應力集中現象，從而成為結構的弱點和裂紋開裂的主要區(qū)域，這種效應被稱作缺口效應。因此開展關于缺口應力集中對5083鋁合金超高周疲勞性能影響的研究非常具有實際的必要性。
　　本文使用的加載頻率為20kHz的加速疲勞試驗裝置，與傳統(tǒng)的常規(guī)疲勞試驗技術相比，可以更快獲得構件超高循環(huán)周次范圍內的疲勞試驗數據。本文使用超聲疲勞試驗技術對不同應力集中系數的板狀和圓柱形5083鋁合金試樣進行試驗，分別測得在105～1010超高周

3、次內上述試樣的S-N曲線，研究了試樣形狀和缺口效應對該材料疲勞性能的影響。并結合場發(fā)射掃描電鏡進行斷口微觀分析，對不同應力集中系數和不同缺口形狀的鋁合金試樣疲勞斷裂機理分別進行了研究。
　　結果發(fā)現在107循環(huán)周次以上，不同形狀的兩種5083鋁合金缺口試樣的S-N曲線，都沒有出現所謂的疲勞極限。該材料109周次對應的疲勞壽命遠遠小于107周次時的壽命，因此不能使用107周次時的條件疲勞極限作為5083鋁合金在超高周次范圍內的疲勞強

4、度判據。
　　試樣形狀對5083鋁合金疲勞性能影響的研究表明:與光滑柱狀和光滑板狀試樣的S-N曲線對比一樣，不同形狀5083鋁合金缺口試樣的疲勞壽命（S-N）曲線有不同的規(guī)律，其中圓柱變截面缺口試樣的S-N曲線，在雙對數坐標系中呈連續(xù)下降的趨勢，而板狀狗骨形缺口試樣的S-N曲線，在雙對數坐標系中為兩段不同趨勢的曲線。在106～1010加載周次范圍內板狀試樣的疲勞壽命都明顯低于柱狀試樣的疲勞壽命，并在107周次附近試樣形狀對疲勞壽命