基于数值方法的超声疲劳应力计算方法修正及应用

采用有限元方法在考虑放大器影响的情况下(简称整体法)对6082-T6铝合金母材及其接头的超声疲劳试样进行了尺寸设计,并与采用传统解析法设计的超声疲劳试样尺寸进行了对比.结果表明,采用整体法得到的试样的共振频率与试验频率更接近,且几乎不受预紧力和外加载荷影响,但应力位移系数与传统解析法有较大差别.同时采用两种方法对6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头在应力比R=-1和R=0.1下的超声疲劳试验数据进行对比分析,发现当R=-1时采用整体法得到的疲劳强度偏高,而当R=0.1时两种方法几乎无差别.

初始尺寸对超声疲劳试样的影响及铝合金6063疲劳试验验证

狗骨形试样具有中间等截面段试验有效区。采用悬链线代替圆弧线的轮廓方程,获得了狗骨形试样的解析计算方法。分析结果表明,试样初始尺寸在一定范围内取值时轮廓方程代替所引起的误差控制在3%以内。可通过增大变截面段长度或粗、细端的半径比来缩短试样长度,但增大变截面长度会降低试样位移应力系数。尽管狗骨形试样的位移应力系数不如沙漏形试样,但狗骨形比沙漏形更节省试验材料,而且其位移应力系数也足够满足试验要求。铝合金6063的超声疲劳试验表明,狗骨形试样的设计等式是可行的。铝合金6063的S-N曲线呈现持续下降的趋势,其疲劳裂纹扩展以剪切方式进行,并且呈现裂纹表面萌生机制。疲劳源区与裂纹扩展区之间存在明显的台阶。