多軸疲勞損傷微觀機理的研究進展

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1、多軸疲勞的微觀機理及研究進展綜述在交變應(yīng)力作用下發(fā)生的破壞現(xiàn)象叫做疲勞。疲勞破壞與靜力破壞有本質(zhì)的不同。疲勞破壞的主要特征表現(xiàn)在：1）、在交變應(yīng)力遠小于靜強度極限的情況下，破壞也可能發(fā)生；2）、疲勞破壞不是立刻就發(fā)生的，而要經(jīng)歷一定的時間，甚至是很長的時間；3）、疲勞破壞前,即使對于塑性材料，也像脆性材料一樣，常常沒有顯著的殘余變形；4）、在疲勞破壞的斷口上，總是呈現(xiàn)兩個區(qū)域：一部分是光滑區(qū)，一部分是粗粒狀區(qū)。疲勞破壞的過程是疲勞微裂紋的形成和發(fā)展的過程。裂紋萌牛?的幾種主要形式是：滑移帶萌生裂紋、李品界萌生裂紋、晶界和亞晶界萌生裂紋和相界面萌生裂紋，滑移帶萌

2、生裂紋是疲勞裂紋萌生的基本形式。金屬結(jié)構(gòu)在交變載荷作用下，開始時只能觀察到很少的滑移線,隨著交變載荷次數(shù)的增加，在滑移線處又形成新的滑移線，從而形成滑移帶。如果繼續(xù)交變加載，滑移帶將會變寬利變密，并且在滑移帶之間的廣大區(qū)域并沒有新的滑移現(xiàn)象產(chǎn)生。前人所做的研究表明，應(yīng)力水平越高，滑移帶發(fā)展越充分，滑移的局部性越不明顯，而少數(shù)的滑移帶會變得更加的明顯，形成駐留滑移帶，這種局部形成的滑移帶是很多延性金屬疲勞裂紋的萌主源。前人對多軸疲勞損傷的微觀機理的一些研究成果表明，在非比例載荷下的多軸低周疲勞情況下，低層錯能材料在非比例循環(huán)過程中出現(xiàn)不同程度的附加強化現(xiàn)象，附加

3、強化對非比例加載多軸低周疲勞壽命的降低有重要影響；材料特性、加載路徑以及應(yīng)變幅值等因素都對附加強化有重要影響。關(guān)于非比例循環(huán)附加強化產(chǎn)生的原因，主要是因為在非比例循環(huán)加載下由于最大主應(yīng)力軸的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，阻礙了材料內(nèi)部形成穩(wěn)定的為錯結(jié)構(gòu)，因而非比例加載的應(yīng)力-應(yīng)變曲線高于比例加載時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，從而產(chǎn)生非比例附加強化。對于附加強化，大多數(shù)研究者所接受的觀點是材料（主要是低層錯能材料）的塑性變形方式從比例加載時的平面狀滑移向非比例加載時的波紋狀滑移轉(zhuǎn)化，即在比例循環(huán)加載時，材料形成脈絡(luò)狀、梯狀等單滑移位錯結(jié)構(gòu)；而在非比例循環(huán)加載下，材料通過不同滑移系位錯的相互作

4、用形成了迷宮、胞狀等多滑移位錯結(jié)構(gòu)非比例加載形成的迷宮、胞狀等多滑移位錯結(jié)構(gòu)的位錯密度大于比例加載形成的脈絡(luò)狀、梯狀等單滑移位錯結(jié)構(gòu)，且多滑移位錯結(jié)構(gòu)中位錯自由運動的間距小于單滑移位錯結(jié)構(gòu)中位錯自由運動的間距，位錯問的相互作用力增大，從而產(chǎn)生附加強化。多軸疲勞微觀機理的實質(zhì)（主要針對低層錯能材料）就是材料的塑性變形方式從比例加載時的平面狀滑移向非比例加載時的波紋狀滑移轉(zhuǎn)化。迄今為止國內(nèi)外大多數(shù)的關(guān)于非比例多軸疲勞的研究成果都只是針對低層錯能的材料的多軸低周疲勞的研究，對于其的多軸高周疲勞的微觀機理的研究還不是很成熟，沒有形成一套完整的研究理論體系，大量的實驗仍

5、舊需要進行。關(guān)于多軸疲勞問題至少還有以下幾個方面需要進行大量的研究：1）、低層錯能材料的多軸高周疲勞微觀機理的進一步研究；2）、不產(chǎn)生非比例循環(huán)附加強化的高層錯能材料的多軸低周疲勞微觀機理的研究；3）、各種因素如加載路徑、應(yīng)變幅值等對高層錯能材料的多軸低周疲勞壽命影響的研究；4）、非比例加載多軸高周循環(huán)下材料微結(jié)構(gòu)演化及損傷機理的研究；5）、非比例加載多軸高周循環(huán)下疲勞裂紋的萌生和擴展的研究。