预腐蚀后超载对LC4CS铝合金疲劳性能的影响

论文导读： 在2.2腐蚀试验的基础上。按照2.3设计的载荷谱进行疲劳试验。经检验超载后的疲劳寿命仍服从对数正态分布。
关键词：腐蚀，超载，疲劳试验
 

1 引言

实际工程结构或构件大多是在变幅载荷下工作的,其中的最大载荷与最小载荷均称之为超载。拉伸超载对裂纹扩展寿命的增益作用被称为超载迟滞效应，迟滞效应的机理一般有两类裂纹闭合模型和塑性区模型，在闭合模型中［1］，Elber用有效载荷考虑迟滞作用，而塑性区模型［1］认为由于金属材料的塑性影响,当材料承受完超载后就在某一部位形成一定的塑性区,塑性区造成的残余应力会对其后载荷造成的疲劳损伤带来有益的影响。但拉伸超载对无裂纹寿命的影响，目前在国际上研究较少。郑修麟［2］指出，同裂纹扩展时类似，无裂纹时由于拉伸超载提高了裂纹起始的门槛值，因此拉伸超载同样有益于无裂纹时的疲劳寿命。本文以LC4CS材料为研究对象，研究了预腐蚀后，拉伸超载对LC4CS疲劳性能的影响。

2 试验

2.1试件样式及尺寸

材料为LC4CS板材，单面包铝；尺寸如下图1：

图1试件样式及尺寸

2.2腐蚀试验

文献［3］提出用金属腐蚀电流Ic作为度量尺度和用控制金属表面湿润时间的方法来得到加速环境谱，通过计算和当量折算系统试验给出当量折算曲线，然后用该曲线将实际结构的当量环境谱折算为试验条件下的等效谱。本文利用某机场加速腐蚀环境当量谱进行了相当于日历年限2年和5年的加速腐蚀试验［3］。

2.3疲劳载荷谱

疲劳试验用的谱形如图2所示。

定义拉伸超载比：

(1)

，的意义如图2所示。论文参考网。进行超载比分别为1.19、1.47、1.93；应力比R分别为0.38、0.29、0.24；Smin=83Mpa的等幅疲劳实验，以及无超载的R＝0.24，0.29的等幅疲劳试验。

图2试验载荷谱

3 疲劳试验数据及分析

3.1疲劳试验数据

在2.2腐蚀试验的基础上，按照2.3设计的载荷谱进行疲劳试验，实验数据的均值见表2。

表2不同日历年限预腐蚀后

不同载荷谱下的疲劳寿命

注：载荷单位为Mpa

3.2疲劳试验数据分析

一般地疲劳寿命服从对数正态分布或Weibull分布，本文用Shapiro-Wilk法检验了上述实验数据，经检验超载后的疲劳寿命仍服从对数正态分布。

3.2.1腐蚀年限对LC4CS铝合金疲劳性能的影响

腐蚀年限对LC4CS铝合金疲劳性能的影响如图3所示。在超载比一定的情况下，对数疲劳寿命随腐蚀年限的增加而降低。

图3对数疲劳寿命随腐蚀年限的变化曲线

3.2.2超载比LC4CS铝合金疲劳性能的影响

依据表2的试验数据做出不同腐蚀年限下超载比与对数疲劳寿命的散点图如图4所示。由图4可知对数疲劳寿命随超载比的增加而增加。

图4 对数疲劳寿命随超载比的变化曲线

3.2.3超载增益随腐蚀年限和超载比的变化

预腐蚀后，单个超载的疲劳寿命与未加超载的疲劳寿命比有所改变，定义改变的幅度为超载增益：

(2)

为超载和腐蚀共同作用或只有超载作用的对数寿命均值，为既未腐蚀又未超载的常规环境、常幅载荷下的对数寿命均值。显然应是腐蚀年限和超载比的函数。依据表2的数据，对其进行二元线性回归分析得到m、k、T三者的关系式：

（3)

由于拟合点较少式（3）对实验数据点的误差较大，但是式（3）仍然较好地反映了超载增益随腐蚀年限和超载比的变化规律。论文参考网。

4. 讨论

①单级拉伸超载后的疲劳寿命仍然较好的服从对数正态分布，拉伸超载对LC4CS铝合金的疲劳寿命有明显的增益作用，但这种增益作用随腐蚀年限的增加而降低。论文参考网。

②在工程应用上，名义应力法仍然是计算疲劳寿命的主要方法。名义应力法计算疲劳寿命的不足是不能考虑载荷的次序效应，如果用超载增益对材料的S-N曲线进行修正，则可部分地克服上述不足：

（4）

式（4）中，和原来的S-N曲线有所区别的是和非材料常数而是超载增益的函数，由实验确定。

The Effect of Overloadon Fatigue Capability of LC4CS Aluminum Alloy after Corrosive EnvironmentAction Sun Bo Yang Xiaohua Zhao Weiyi

(Departmentof Aeronautics Mechanics, Naval Aeronautics Engineering Academy Qingdao Branch)

Abstract: Corrosion results in decrease of metalfatigue life and overload results in gain of fatigue life. The tension overloadfatigue tests are conducted for the specimens, which are corroded in advance bythe accelerated corrosion test in this paper. The overload ratio is defined as the ratio of thetension overload to the peak value of constant amplitude spectrum. If a tensionoverload pluses constant amplitude spectrum, the result shows that the tension overloadprolongs the fatigue life, and the bigger overload ratio is, the more apparentthe effect of magnitude ratio is, and the effect of prolonging life is decreasedwith the corrosion extent increasing. It suggests that the effect of overloadmust be considered to gain longer life in early life and should be ignored inevening life.

Key words: CorrosionTest, Overload, Fatigue Test, Fatigue Spectrum

参 考文 献
[1] S.Suresh,王中光[译]，材料的疲劳，北京，国防工业出版社，1993。
[2] 郑修麟，金属疲劳的定量理论[M]，西北工业大学出版社，1994。
[3] 金平，杨晓华，腐蚀环境作用后LC4铝合金疲劳累积损伤模型，应用力学学报Vol.21.No.3，2004。