[發明專利]一種基于循環壽命的鈦合金鈍缺口疲勞強度損失系數評估方法

在審

• 申請號: 201810396383.7
• 申請日: 2018-04-27
• 公開（公告）號: CN108613889A
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 聶寶華;陳東初;蒙宇;呂錦源;趙子華;張崢;孫海波;劉抒
• 申請（專利權）人: 佛山科學技術學院
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32;G01N3/06;G01N29/04
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 王國標

本發明公開了一種基于循環壽命的鈦合金鈍缺口疲勞強度損失系數評估方法，本發明基于超高周疲勞試驗結果和數學模型，建立材料鈍缺口判據，引入循環壽命因子，建立一套基于循環壽命的鈍缺口疲勞強度評估模型；該模型可快速判定是否屬于鈍缺口，估算不同缺口根部尺寸、不同理論應力集中系數kt及不同循壽命的鈍缺口疲勞強度。該模型避免了根據缺口根部尺寸簡單評估缺口疲勞強度的經驗性。

技術領域

本發明屬于有色金屬制造領域，涉及一種基于循環壽命的鈦合金疲勞缺口強度評估方法。

背景技術

鈦合金具有輕質高強、耐腐蝕、成型號等優點，在航空航天、汽輪機等領域得到廣泛運用。但是，鈦合金存在顯著的缺口敏感性，而鈦合金在工程制造過程中不可避免存在加工缺口或者結構缺口。這些缺口部位存在應力集中，疲勞失效裂紋萌生位置。結構部件的缺口可分：尖銳缺口和鈍缺口。尖銳缺口通?？勺髁鸭y來處理，而鈍缺口的疲勞強度受到缺口根部尺寸、理論應力集中系數Kt的影響，其疲勞強度的評估是研究熱點。鈍缺口是鈦合金工程結構常見的缺口，如結構部件的圓弧過渡等，其疲勞強度的評估是鈦合金結構高可靠性服役需要解決的問題。文獻研究表明，材料的疲勞缺口敏感性與疲勞壽命密切相關，尤其在高周疲勞、超高周疲勞范圍的缺口敏感性更加顯著。目前的疲勞缺口敏感性的方法主要有三種：局部應變幅發、應力強度因子法及Neuber系數法。局部應變幅法適用于較高應力幅下缺口根部發生局部塑性變形；應力強度因子法則是將缺口看作裂紋尖端，而不適用于鈍缺口情況；Neuber系數法在工程上應用較廣，適用于基于疲勞極限缺口評估。目前的評估方法均不適用于高周、超高周疲勞強度損失系數評估。

發明內容

本發明提供一種基于循環壽命的鈦合金鈍缺口疲勞強度損失系數評估方法。采用超聲疲勞試驗獲取光滑試樣和缺口試樣疲勞強度-壽命曲線，引入循環壽命因子，建立疲勞缺口敏感性系數與循環壽命關系，進而評估不同缺口尺寸、不同循環壽命的鈦合金鈍缺口疲勞強度。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案。

一種基于循環壽命的鈦合金鈍缺口疲勞強度損失系數評估方法，包括以下步驟：

(1)取光滑鈦合金試件標記為試件1，采用超聲疲勞方法對試件1進行超高周次疲勞試驗，試驗頻率20kHz，獲得試件1的疲勞強度-壽命數據，繪制試件1的疲勞Se-Ne曲線，并將此曲線標記為疲勞壽命曲線1，根據疲勞壽命曲線1得出試件1在10⁹周次時的疲勞強度的疲勞強度σ_e試件1的疲勞極限值S_e；

(2)將步驟(1)得出的試件1的σ_e帶入公式得出鈦合金的本征尺寸a_m，其中σ_e為試件1在10⁹周次時的疲勞強度，Y為形狀因子，△K_th為疲勞裂紋擴展門檻值；

(3)取有缺口且缺口根部半徑r≥1.5mm的鈦合金試件并標記試件2，采用用超聲疲勞方法對試件2進行超高周次疲勞試驗，試驗頻率20kHz，獲得試件2的疲勞強度-壽命數據，繪制試件2的疲勞Sn-N_f曲線，并將此曲線標記為疲勞壽命曲線2，根據疲勞壽命曲線2得出試件2的疲勞極限值Sn；

(4)將步驟(1)得出的Se及步驟(3)得出的Sn代入疲勞缺口損失系數計算公式K_f＝Sn/Se，計算出試件2的疲勞缺口損失系數K_f；

(5)建立缺口敏感系數q與循環壽命N_f的模型：

其中，β為循環壽命因子并β＝λ₁+λ₂logN_f，

Kt為缺口理論應力集中系數Kt，

N_f為循環壽命，