连续阻尼夹嵌结构复合材料的弯曲疲劳特性研究

为了研究连续阻尼夹嵌结构复合材料(CDSSC)的弯曲疲劳特性,采用120℃共固化工艺制备了CDSSC试件并进行了静载三点弯曲试验和三点弯曲疲劳试验。在静载三点弯曲试验中,运用ANSYS数值模拟与试验结果共同求解出CDSSC外载荷与弯曲应力的线性公式;在三点弯曲疲劳试验中,采用线性公式求解出不同等级的应力水平并对CDSSC施加等效的疲劳循环载荷,试验结束后通过拟合得到CDSSC的疲劳-寿命(S-N)曲线。采用相同疲劳循环载荷研究了阻尼层厚度对CDSSC疲劳寿命的影响。结果表明:CDSSC疲劳失效的主要形式是层间滑移,且不会发生脆性断裂;疲劳寿命主要受材料中阻尼层的影响,当阻尼层厚度达到0.3mm时,疲劳寿命明显缩短,此后疲劳寿命趋于平稳;当阻尼层厚度为0.1mm时,CDSSC的疲劳性能最佳。

柔性铰链机构柔节疲劳寿命的设计及研究

围绕基于迈克尔逊干涉仪傅里叶变换光谱仪的动镜支撑机构——柔性铰链机构的柔节疲劳寿命问题,先通过相关公式计算选取出机构柔节的各个参数,并由这些参数建立机构的有限元模型;然后再根据材料属性参数,利用疲劳分析软件msc.fatigue,通过拟合疲劳寿命S-N曲线来对机构的柔节参数进行仿真验证。从分析结果可知:柔节破坏点的寿命循环次数均为5.83×105次,在Nf(1×105～1×107)范围之内,属于高周疲劳范畴,材料在此寿命循环次数内处于弹性范围,应力与应变成正比。验证了柔节各参数及材料的合理性,进而了解整个机构的寿命情况。

基于三参数威布尔分布的骨水泥疲劳性能的试验研究

为研究聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥(PMMA骨水泥)的疲劳性能,对PMMA骨水泥进行了对称循环荷载下的轴向拉压疲劳试验.在此基础上,以中位秩作为精确的参数估计方法,确定了PMMA骨水泥的疲劳寿命预测值,并建立了S-N曲线.研究结果表明:(1)在对PMMA骨水泥疲劳寿命三参数威布尔分布进行参数估计时,参数估计法的精度较高;(2)建立PMMA骨水泥在全应力水平范围概率的S-N疲劳寿命曲线.研究成果为PMMA骨水泥在骨关节的移植手术中的应用,提供可靠的选择依据.

TC4钛合金超高周次轴向振动疲劳试验

应用基于压电超声疲劳试验技术开发的20kHz轴向振动疲劳试验系统,完成了室温下TC4钛合金超高周疲劳试验,获得了TC4合金在107~109周次范围内的轴向振动疲劳寿命曲线(S-N曲线);运用C.Paris推导公式预测了TC4合金材料的寿命,得到各应力水平下破坏率为50%、95%、99%的安全寿命。结果表明:在疲劳循环大于107周次时,试件仍会发生疲劳断裂,疲劳强度随循环次数的增加而下降,并不存在明显的疲劳极限。TC4合金的S-N曲线在107~109周次的范围内呈连续下降型。在轴向振动超高周疲劳试验中,试件的裂纹扩展寿命只占其在50%破坏率下疲劳安全寿命的一小部分,其疲劳寿命主要由试件的裂纹萌生寿命决定。

微粒子喷丸对等温淬火球墨铸铁超高周疲劳性能的影响

为分析微粒子喷丸工艺对等温淬火球墨铸铁(ADI)超高周疲劳性能的改善情况,利用旋转弯曲疲劳试验机开展了ADI 109循环周次疲劳试验。对比分析了经微粒子喷丸处理前后试样的疲劳性能,并利用扫描电镜对断口表面进行观察,分析了其超高周疲劳破坏行为。结果表明:未喷丸和喷丸处理后ADI的S-N曲线均表现为典型的阶梯下降型,且在超高周区域没有传统疲劳极限。微粒子喷丸可显著提高原始材料高周阶段的疲劳强度,超高周阶段的疲劳强度也有一定程度的提升。断口观察显示,超高周阶段两种试样均起裂于内部的缩孔或石墨球,并且部分断口表面可观察到粒状亮面GBF(granular bright face)区域。微粒子喷丸所引入的硬化层及残余压应力迫使疲劳裂纹萌生位置向内部转移。通过降低裂纹萌生位置的应力可改善旋转弯曲条件下超高周阶段的疲劳强度。

盐雾腐蚀对Ti-6Al-4V钛合金超高周疲劳性能的影响

针对航空发动机压气机叶片腐蚀环境下的超高周疲劳问题,研究了盐雾腐蚀对Ti-6Al-4V钛合金超高周疲劳性能的影响。首先对试件进行加速腐蚀处理,然后对未腐蚀和腐蚀后的两种钛合金试件进行了超高周疲劳试验。试验结果表明:Ti-6Al-4V钛合金试件具有较强的耐腐蚀性,腐蚀后试件的超高周疲劳寿命没有明显降低。S-N曲线显示,腐蚀前后试件的S-N曲线两条曲线均呈连续下降趋势,并不存在传统疲劳概念上的无限寿命。断口分析表明:疲劳寿命低于108次时,两种类型的试件裂纹均萌生于表面;当循环寿命超过108次时,部分未经腐蚀处理的试件裂纹萌生在内部,成类似"鱼眼"状,腐蚀后试件疲劳裂纹萌生在试件腐蚀的表面处。