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科研进展
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单峰拉伸过载下裂尖附近残余应力的仪器化压痕测试
发表时间:2015-07-29 阅读次数:1825次

        大量的工程结构和设备在实际服役中往往承受变幅载荷作用,加载幅值和加载次序会对裂纹扩展行为产生影响。例如:拉伸过载会导致裂纹扩展出现迟滞,而压缩过载往往引起裂纹扩展的加速。目前已经清楚的是:导致变幅载荷下裂纹扩展行为变化的根本原因是裂尖附近应力应变场的改变。因此,研究典型拉、压过载下裂纹尖端的应力应变场及其变化对于发展变幅载荷作用下工程疲劳裂纹扩展寿命预测方法具有重要的实际意义。

        本研究基于仪器化压痕技术,通过测试铝合金2524-T3M(T)试样在拉伸过载前后裂纹尖端附近的压入载荷-深度(P-h)曲线,并采用修正Suresh模型来确定裂尖附近的残余应力场。结合断口形貌观察进一步分析裂尖残余应力场对裂纹扩展行为的影响。

        主要研究内容和结论如下:

        (1) 研究表明:单峰拉伸过载后,裂尖附近和尾迹区均存在压缩残余应力,并呈现很大的梯度效应;靠近裂尖位置存在压缩残余应力,其峰值和分布范围随着过载比的增大而增大;随着距裂尖距离的增大,压缩残余应力迅速减小,并逐渐转变为拉伸残余应力。

        (2) 采用光学显微术观察了恒幅以及单峰拉伸过载下裂纹尖端附近的形貌,发现:随着过载比增大,裂尖钝化逐渐明显,裂纹面之间的间隙逐渐增大。

        (3) 分析表明:铝合金2524-T3单峰拉伸过载后的裂纹扩展迟滞现象是由于裂尖残余应力,裂纹形貌变化以及材料硬化共同造成的结果。

图1 基于仪器化压痕技术确定的裂尖残余应力分布

 

图2    恒幅以及单峰拉伸过载后的裂尖形貌

 

论文信息:Xiao L, Ye D, Chen C, Liu J, Zhang L, Instrumented indentation measurements of residual stresses around a crack tip under single tensile overloads, Int J Mech Sci 2014; 78: 44–51.