Долговечность и высокая надежность являются важными показателями крупного инженерного оборудования, особенно ключевых узлов, представленных современными авиационными двигателями и осями высокоскоростных железных дорог, которые в течение срока службы подвергаются более 107 и даже 1010 циклам циклического нагружения. вошли в исследовательскую категорию сверхвысокой усталости (т.е. усталости более 107 циклов), что подрывает традиционный расчет усталостной прочности и срока службы, основанный на пределе выносливости (соответствующем 107 циклам). Это привело к опрокидыванию традиционных расчетов усталостной прочности и срока службы, основанных на пределе выносливости (соответствующем 107 циклам), и в последние годы стало передовым краем и горячей точкой исследований усталости. Поэтому выявление микромеханизмов и законов сверхвысокой усталости, а также создание точной модели прогнозирования усталостной долговечности и усталостной прочности имеет большое научное и прикладное значение.
Группа вычислительной механики микроструктур Государственной ключевой лаборатории нелинейной механики Института механики Китайской академии наук в качестве объектов исследования взяла титановый сплав TC17 и титановый сплав TC4 для авиационных двигателей и обнаружила, что двойники деформации и нанокристаллы, образовавшиеся в процесс усталостного нагружения является важным фактором зарождения и развития сверхвысоких периферийных усталостных трещин в титановом сплаве и раскрывает механизм зарождения и начального расширения сверхвысоких периферийных усталостных трещин в титановом сплаве; Исследование проводится посредством проектирования нагрузки переменной амплитуды и измерения усталостной долговечности и усталостной прочности. При проектировании нагружения переменной амплитуды измеряется эквивалентная скорость распространения трещины 10-13~10-11 м/цикл в области зарождения и начального распространения трещины УВЧ, а затем прогнозируется усталостная долговечность УВЧ: и результаты прогнозирования согласуются с экспериментальными результатами.
Установлено, что дефекты материала не только существенно ухудшают усталостные характеристики титановых сплавов, но и что влияние дефектов на поведение многоцикловой и сверхмногоцикловой усталости тесно связано с формой внедрения дефектов. Для внутренних дефектов материала кривые SN многоцикловой и сверхмногоцикловой усталости демонстрируют непрерывное снижение, тогда как кривые SN образцов с поверхностными искусственными дефектами характеризуются областью плато. Наблюдения с помощью микроскопии in-situ, сканирующей электронной микроскопии и просвечивающей электронной микроскопии показали, что, в отличие от сверхмногоциклового усталостного разрушения, вызванного внутренними дефектами, сверхмногоцикловая усталость, вызванная поверхностными искусственными дефектами, не демонстрирует медленный процесс зарождения трещин и начального расширения. с образованием нанозерен, и что, как только трещины возникнут, трещины будут быстро расти, и образцы разрушатся за очень небольшое количество циклов. Исследователи связывают эту неудачу с синергическим эффектом усталостной нагрузки и нестационарных процессов (например, влияния водяного пара, действия водорода и т. д.). В исследовании также предлагается модель влияния геометрии образца и поверхностных дефектов на высоко- и сверхмногоцикловую усталостную прочность титановых сплавов. Модель может быть использована не только для корреляции влияния дефектов на усталостную прочность титановых сплавов, но и эффективно использоваться в литературе для изучения влияния дефектов (в том числе трещин) на долгопериодную усталостную прочность некоторых металлических материалов.
Исследовательская группа провела сравнительное исследование прогнозирующей способности нескольких широко используемых моделей влияния коэффициентов напряжений на многоцикловую усталостную прочность в категории сверхмногоцикловой усталости. Экспериментальные данные различных материалов показывают, что формула Уокера σ , R=σ ,-1 [(1-R)/2] выгодно отличается от формулы Гудмана σa, R= σ ,-1 [1-(σm/σb)] и формула Смита-Уотсона-Топпера σa, R=σ ,-1 [(1-R) /2]. -R)/2]1/2, чтобы лучше прогнозировать влияние соотношения напряжений на усталостную прочность сверхбольших окружностей, где σ , R и σ ,-1 — усталостная прочность при соотношениях напряжений R и {{ 22}} соответственно, σm и σb — средние напряжения и предел прочности, — параметр материала.
Научно-исследовательская работа поддержана проектом «Многомасштабные проблемы нелинейной механики» Центра фундаментальных наук Национального фонда естественных наук Китая (NSFC) и «Научные основы высокотемпературных материалов для авиационных двигателей/Передовое производство и отказы». Диагностика» проекта развития Программы крупных исследований NSFC. При поддержке Национального фонда естественных наук Китая (NSFC). Некоторые результаты исследования опубликованы в Int. Ж. Усталость 2023, 166: 107299; 2023,167:107331; 2022, 160: 106862; англ. Фракт. Мех. 2022, 259: 108136; 2022, 272: 108721; 2022, 272: 108721; 2022, 272: 108721; 2022, 272: 108721; 2022, 272: 108721; 2022, 272: 108721; 2022, 272: 108721; 2022, 272: 108721. 108721; 2022, 276: 108940; Дж. Матер. наук. Технол. 2022, 122: 128-140; Теор. Прил. Фракт. Мех. 2022, 119:103380.
