AL6082铝合金疲劳性能

在对国产AL6082铝合金材料进行常规力学性能测定的基础上,对其进行了高周疲劳试验、低周疲劳试验和裂纹扩展试验,获得了该材料的疲劳性能参数。对采用AL6082铝合金材料生产的某轿车底盘控制臂进行了疲劳性能测试与分析。结果表明,AL6082铝合金各项性能比较优良,满足轿车底盘零件的性能需求。

铝合金疲劳极限的测试方法

依据3种标准方法对6082-T6铝合金母材和焊接材料进行疲劳极限测试,使用升降法和波动法获得材料的中值疲劳极限,使用标准正态偏量法和单边误差限法获得材料的安全疲劳极限。结果表明:依据HB/Z 112—1986和GB/T 24176—2009,采用升降法测得的中值疲劳极限结果相同,采用波动法测得的中值疲劳极限结果差异在一个应力台阶以内;采用标准正态偏量法测得的安全疲劳极限结果较单边误差限法测得的安全疲劳极限结果高。

铝合金车轮弯曲试验疲劳寿命预测研究

弯曲疲劳试验是汽车车轮三项性能试验中失效频率较高的一项。文中建立弯曲试验的有限元模型,使用I-DEAS有限元分析软件进行静力分析,分别采用名义应力法和局部应力应变法,结合Manson-Coffin、Simth-Waston-Topper损伤公式预测铝合金车轮弯曲试验的疲劳寿命。通过与某型16×6.5J车轮试验对比,证明Simth-Waston-Topper方法预测铝合金车轮弯曲疲劳寿命更接近试验寿命。

7050铝合金在海洋大气中的接触腐蚀防护研究

通过在海南开展的7050铝合金为期1年的户外大气暴露试验,并利用单侧容限因数法、概率统计T检验、形貌观察和EDX等手段研究了不同表面状态、连接状态的7050铝合金在海洋大气环境中的腐蚀特征和防护措施。研究表明:表面阳极化处理的7050铝合金的腐蚀是以点蚀萌生为主,特别是在与TC18钛合金连接处腐蚀比较集中;从T检验的结果得知,无论7050铝合金涂漆与否、装配与否,海洋大气腐蚀对疲劳寿命都有显著影响;涂漆和胶结装配可在一定程度上降低大气腐蚀和电偶腐蚀对7050铝合金的影响。

铝合金车轮动态径向疲劳试验仿真分析与寿命预测

动态径向疲劳试验是评测铝合金车轮安全性的三大性能试验之一,采用有限元方法实现试验的仿真分析和疲劳寿命预测,能够减少物理试验次数,提高车轮设计研发效率。基于ANSYS Workbench平台,考虑轮胎充气压力对仿真结果的影响,建立了试验仿真有限元模型,实现了15×6JJ铝合金车轮动态径向疲劳试验的仿真分析,运用S-N疲劳分析方法得到了径向试验载荷下车轮的疲劳寿命及损伤分布情况。研究结果表明,轮缘、胎圈座和辐条根部后侧是疲劳损伤的主要集中部位,需要进行设计改进。

铝合金螺栓连接抗剪低周疲劳试验及寿命预测

针对工程中常用的铝合金板式螺栓连接节点,进行了低周往复疲劳试验.通过控制不同应力幅值,对10个连接试件进行加载,获得试件的荷载-变形曲线,分析了往复荷载作用下铝合金螺栓连接试件的抗剪破坏形态,建立了S-N曲线预估其疲劳寿命.结果表明:铝合金螺栓连接板在单向往复荷载作用下,破坏模式均为螺栓在两板之间被剪断而发生破坏.破坏为脆性断裂,破坏前无明显征兆.由于螺栓杆与孔壁之间有一定的间隙,通过试验结果绘制出的荷载-位移曲线呈现弓形及反S形,说明滞回曲线出现了一定的滑移.随着控制应力的减小,试件的循环次数呈指数增大.随着循环次数的增加,试件的损伤不断累积,位移幅值增加.

海洋大气环境下7475铝合金的疲劳寿命及断裂机理

为了研究海洋大气腐蚀条件下7475铝合金疲劳寿命及疲劳断裂机理.对不同表面处理的7475铝合金试样在海南暴晒1年,测定对比试样和经1年暴晒试样的疲劳寿命.对疲劳断口形貌进行扫描电子显微镜观察,分析了海洋大气腐蚀对7475铝合金疲劳寿命的影响程度及疲劳断裂机理.试验结果表明:7475铝合金经海南海洋大气环境暴晒1年后,其疲劳寿命下降了一个数量级,表面涂漆试样寿命高于不涂漆试样的寿命,不涂漆的7475铝合金表面出现明显的点蚀,降低疲劳寿命;7475铝合金经硼硫酸阳极化后涂漆,一定程度上可防止其在海洋大气环境中的腐蚀.

异种铝合金搭接焊接头的疲劳特性及其寿命预测

采用冷金属过渡(CMT)焊技术对2.5 mm厚的6082合金板和A35合金板进行了搭接焊。采用电液伺服疲劳试验机以1 Hz恒频率、-1的应力比(R)和分别为0.2%、0.265%、0.4%、0.465%、0.535%的应变幅检测了搭接焊接头的疲劳特性。通过计算得到了搭接焊接头的低周疲劳特性参数σf′,b,εf′,c,K′,n′。通过参数拟合得到了搭接焊接头的应变-疲劳寿命关系曲线,并用于预测某车型的前副车架的疲劳寿命。台架试验和道路试验表明,样件的疲劳寿命与预测的一致。

基于损伤力学的金属构件概率疲劳寿命预测方法

基于连续介质损伤力学,提出了一种预测金属构件高周疲劳寿命的概率方法。结合Eshelby-Kroner局域化准则和金属典型弹塑性本构方程构建了宏细观双尺度应力应变桥联方程;将Lemaitre疲劳损伤演化模型中部分参数随机化,通过对模型反演优化获取其概率特性。结合双尺度桥联方程和疲劳损伤演化概率模型建立了预测高周疲劳寿命的概率方法,通过Fortran编程实现新算法,作为有限元分析的非嵌入后处理程序。完成了铝合金2024-T3光滑圆棒常幅谱疲劳实验,从而确定模型参数概率特性,以某型飞机蒙皮-带板搭接壁板为研究对象,利用新方法预测其危险点概率疲劳寿命,并完成了相应疲劳实验,验证了新方法预测金属构件概率疲劳寿命的有效性。

喷丸对2024铝合金试样表面质量及疲劳拉伸性能的影响

为研究喷丸对2024铝合金表面质量及疲劳寿命的影响,对2024-T351铝合金试样表面进行不同工艺的喷丸强化处理,利用光学轮廓仪和X射线应力衍射仪分析不同喷丸工艺下试样的表面质量。并通过三因素两水平正交试验,研究了丸粒尺寸、弹丸材料、喷丸方式对2024-T351铝合金疲劳拉伸性能的影响。结果表明:丸粒材料对工件表面形貌影响较大,其表面粗糙度及残余压应力峰值由小到大依次为铝合金丸<不锈钢丸<铸钢丸;喷丸在一定程度上可以提高2024-T351铝合金的疲劳拉伸性能,各因素对铝合金疲劳拉伸性能影响程度为丸粒材料>喷丸方式>丸粒直径;选用双面喷丸方式、使用直径0.8 mm的6061铝合金材质丸粒对2024-T351铝合金进行喷丸处理,可以获得较好的表面质量及残余压应力场,较大限度地提高了铝合金板材的拉伸疲劳性能。

塑性变形对6061铝合金疲劳寿命的影响

研究了6061铝合金在经过塑性变形后疲劳寿命的变化。对经过塑性变形和未经过塑性变形的铝合金板进行疲劳寿命试验,获得两种状态下的疲劳寿命。对实验数据进行处理,根据作图法利用小子样估计正态分布母体参数,给出了材料的P-N曲线和对应的方程。用t检验法进行显著性检验,并得到95%置信度时,两种状态材料的疲劳性能的差异。研究发现疲劳寿命具有明显的分散性,抽样的两个母体遵循正态分布,并且两种状态材料的疲劳性能差异明显。

Al-12Si-CuNiMg铸造铝硅合金在多轴加载下的疲劳性能

在等效应力幅160,150,140MPa下,对Al-12Si-CuNiMg铸造铝硅合金进行比例和90°非比例多轴加载疲劳试验,测试了合金的疲劳寿命,对比了最大主应力模型和临界面损伤参量Matake模型估算2种加载模式疲劳寿命的准确性,分析了疲劳断口形貌。结果表明:在相同等效应力幅下非比例加载试样的疲劳寿命远低于比例加载试样的;比例加载时,最大主应力模型和Matake模型的疲劳寿命估算值均具有较高的精度,非比例加载时,最大主应力模型的估算误差较大,但Matake模型的估算精度仍较高,该模型适用于该材料的多轴加载疲劳寿命估算;非比例多轴加载下合金呈脆性断裂,裂纹源位于近表面的氧化夹杂物处,裂纹扩展区呈准解理穿晶断裂特征,且伴有二次裂纹。

铝/铝-镁合金层合板疲劳性能研究

为同时满足承载和防腐蚀两个要求,铁路浓硝酸罐车罐体选用铝/铝镁合金层合板复合材料,纯铝为其内胆材料,铝镁合金为承载材料。现对上述层合板材料试样进行疲劳性能试验以及弹塑性分析,发现随着外载的增加,由于层合板两种材料变形不协调,界面产生应力集中从而造成界面开裂,裂纹向纯铝层扩展,纯铝层断裂,最终导致层合板断裂。据此,建立了层合板材料的名义应力—寿命曲线和局部应变—寿命曲线,为浓硝酸罐车罐体的疲劳设计提供重要依据。

基于弯曲疲劳试验的铝合金车轮有限元分析

基于某型车轮弯曲疲劳试验建立了铝合金车轮有限元模型,使用NX有限元分析软件进行静力分析,采用名义应力法和局部应力应变法预测了铝合金车轮弯曲试验的疲劳寿命。通过与弯曲疲劳试验对比,车轮弯曲疲劳试验结果与有限元计算结果相吻合,验证了有限元方法预测疲劳失效部位、降低研发成本和缩短研发周期的有效性。

基于响应曲面优化的铝合金轮毂径向疲劳寿命预测

利用模态试验验证了铝合金轮毂模型准确性,对铝合金轮毂进行径向疲劳分析。发现应力集中区域和寿命较短区域分布在减重孔两端。以此为基础利用响应曲面优化法对轮毂进行结构优化,优化模型的有限元仿真结果与响应曲面预测结果的误差在可接受范围内,验证了响应曲面优化结果的准确性。优化结果表明,轮毂最大应力减小了约29.5 MPa,其径向疲劳寿命增加了300%左右。

硫酸阳极化对2E12铝合金力学性能的影响

采用传统的硫酸阳极氧化工艺对2E12航空铝合金进行处理,在铝合金表面制备了一层阳极氧化膜。研究了表面包铝层和阳极氧化时间对铝合金氧化膜表面形貌和硬度的影响,并探讨了硫酸阳极氧化处理对铝合金拉伸性能和疲劳性能的影响规律及机制。结果表明,2E12铝合金基体中的第二相在阳极氧化过程中会发生溶解,使得氧化膜表面出现孔洞。随着氧化时间的延长,氧化膜的厚度逐渐增加,孔洞数量也增多且尺寸变大。2E12铝合金经硫酸阳极氧化处理后,拉伸性能基本保持不变,但疲劳寿命出现明显下降。其中,去除包铝层的2E12铝合金经阳极氧化后,疲劳寿命最高下降到阳极氧化前的30%。硫酸阳极氧化处理后,疲劳裂纹起源于氧化膜表面的缺陷处,疲劳断口呈现多个裂纹源的特征。

多元Al-7Si-0.3Mg合金热疲劳裂纹萌生与扩展行为

研究了在不同温度下的3种不同处理状态的多元Al-7Si-0.3Mg铝合金热疲劳性能,提出了用积分方法及割线法计算热疲劳裂纹扩展寿命,并对合金的热疲劳裂纹生长行为进行了分析。结果表明:温度变化对多元Al-7Si-0.3Mg铝合金的热疲劳裂纹扩展速率有直接的影响,添加了Cu、Mn、Ti等元素的多元Al-7Si-0.3Mg合金在细化变质处理和直接细化变质处理后的热疲劳性能优于铸态Al-7Si0.3Mg合金。热疲劳裂纹的萌生需经历一定的孕育期,裂纹萌生于V型缺口处,当交变热应力超过合金的屈服强度σs时,沿着V型缺口的应力集中部位或缺陷处会出现不同类型的热疲劳裂纹,但有且只有1条主裂纹。当裂纹尖端扩展路径与第二相颗粒长轴方向形成小于45°的夹角时,裂纹扩展将沿着第二相颗粒的边缘继续向前扩展;当裂纹尖端扩展路径与第二相颗粒短轴方向形成小于45°的夹角时,裂纹将穿过第二相颗粒,继续向前扩展。