• 热门标签

当前位置: 主页 > 航空资料 > 机务资料 >

时间:2011-02-10 15:42来源:蓝天飞行翻译 作者:admin
曝光台 注意防骗 网曝天猫店富美金盛家居专营店坑蒙拐骗欺诈消费者

中点,在疲劳载荷作用下就常从这些部位开始滑移,裂纹的起始与上面所述大致相
同。
在裂纹萌生过程中,应力集中起着重要的作用,虽然滑移处存在应变硬化,但滑
移仍集中在这个区域而不转移,这主要就是因为这个区域中应力集中的影响,此处的
应力比周围基体的应力要高得多,所以滑移仍在此区域进行,从而造成更大的应力集
中而使裂纹萌生。
()裂纹微观扩展阶段。利用滑移模型,也不难解释疲劳裂纹扩展的机理,图  % %表明了疲劳裂纹的扩展过程。在拉伸应力场中,裂纹尖端引起了应力集中(图  % % %(&)()),裂纹面上部材料在尖端很容易沿最大剪应力方向滑移。由
于这一滑移,裂纹张开并向前扩展了一段距离。然后,滑移沿另一平面发生(图  %
%(’))。载荷继续上升,由于应变硬化和滑移面的氧化膜钝化,原来方向不再滑
移,而改在其他方向滑移,最后使裂尖形状完全钝化(图  % %()),裂纹也完成了
一个 (的扩展。
裂纹尖端的塑性区是在弹性材料的包围之中,当载荷下降时,四周的弹性材料将
收缩而对塑性区施加压缩应力。最后压应力又超过了屈服应力,至少在裂纹尖端附
近是如此,从而发生反向的塑性变形,使裂纹尖端闭合并重新尖锐,如图  % %(")
所示。
裂纹周期性地张开、闭合形成了波纹模样,每一个新循环增加一个新的波纹。用
电子显微镜观察断裂表面时,可清楚地看到这些波纹,称之为疲劳条纹。疲劳条纹是
裂纹钝化再尖锐的结果,它代表裂纹扩展时裂纹前缘的各个位置。
总的说来,这一阶段的裂纹扩展非常复杂,裂纹沿着与应力轴 "角的方向扩展,
但其中的有些微裂纹很快就停止了,只有部分微裂纹汇集成一主导微裂纹,这一主导
微裂纹扩展几个晶粒尺寸(约 &)) * "+)后,就逐步改变了扩展方向,即过渡到宏观扩
展的阶段,裂纹离开原滑移面,不再与外力成 "角,而是沿着垂直外力的方向扩展。
•)•
 


图  " "疲劳裂纹扩展的滑移一钝化因此,第一阶段的微裂纹萌生与扩展是具有一定晶体学取向的扩展,同时,裂纹扩展速率极为缓慢,量级大致在 %& "’ (%& ") **+周。
(,)裂纹宏观扩展阶段。宏观裂纹扩展阶段是从可见裂纹开始的裂纹扩展阶段,它是从微裂纹扩展阶段逐渐过渡来的。这一阶段的特点是裂纹扩展速度加快,一般在 %& ") (%& ", **+周,裂纹扩展方向与应力轴垂直,疲劳条纹比较明显。
微观裂纹扩展阶段和宏观裂纹扩展阶段统称为裂纹稳定扩展阶段。微观与宏观裂纹的分界线不是十分明确,一般在 &-&% (&-&.**范围,甚至可达 %**,这依据材料的不同而不同。通常认为从宏观裂纹扩展开始(即出现可见裂纹时开始)属于断裂力学研究范围。对于裂纹生成及微裂纹扩展这两个阶段,断裂力学不能处理,需要用工程疲劳的分析方法来解决。
()裂纹的非稳定扩展阶段(断裂阶段)。当裂纹扩展到较大的尺寸( /01)时,扩展速率急剧上升,在很短时间内,构件发生断裂。
以上所描述的裂纹扩展过程一般与延性较好的金属材料相吻合。对于高强度材料,由于屈服强度高、对缺口敏感性大、内部结构复杂等原因;往往直接在宏观的应力集中部位裂纹成核,随即开始宏观裂纹稳定扩展阶段,而不发生倾斜的微观裂纹扩展阶段。
,-疲劳断口及特征
•&.•
 

典型的疲劳破坏断口按照疲劳裂纹的发展过程可大致分为三个区域:
()疲劳裂纹源区。这是疲劳裂纹的起点,常发生在结构的表面,特别是应力集中严重的部位,如果构件材料内部存在缺陷(如夹杂物、空洞、化学成分偏析等)也可以在亚表面或内部发生。一般用肉眼或低倍放大镜就能大致确定疲劳裂纹源的位置。疲劳源在整个疲劳断口截面上所占比例很小,呈半圆形或半椭圆形,非常光滑、亮泽、细洁,贝壳状波纹线不明显,这是由于疲劳裂纹在该区扩展速度很慢、裂纹面反复张开与闭合而使断面磨光的缘故。
(")疲劳裂纹扩展区。疲劳裂纹扩展区是疲劳断口最重要的区域,常呈贝壳状或海滩波纹状。这些波纹常称为疲劳条带,一般从疲劳源开始呈弧形线条向四周推进,垂直于裂纹扩展方向。拉应力使裂纹扩展,压应力使裂纹闭合,裂纹两侧表面反复张开闭合就形成了这些条纹,条纹与作用的反复载荷有较好的对应关系,是断口量化分析的重要依据。裂纹扩展区一般较光亮,且愈接近疲劳源区愈亮。在裂纹扩展后期,由于有效截面不断减少,构件的实际应力不断增加,裂纹扩展速率提高,于是疲劳裂纹加速扩展区的断口较粗糙且不规则,并可能伴有因材料撕裂而造成的台阶、小丘或弧形条带(较宽),扩展也往往是不连续的。但对于高强度钢或高应力疲劳的情况,一般观察不到贝壳状波纹线,读者可自行分析其原因。
()快速断裂区。快速断裂区也称瞬时断裂区,是疲劳裂纹长度扩展到临界尺寸后发生的快速破断。快速断裂区的大小与材料特性、应力集中严重程度和应力水平有关。一般来说,材料较脆,应力水平较高,应力集中严重时,快速断裂区面积较大。快速断裂区的形状特征与静力破坏基本相同,较粗糙且分为平断部分和斜断部分。平断部分属拉断型,斜断部分属剪断型。
疲劳断口特征可以帮助我们分析构件的破坏是否属于疲劳破坏。但它也与材料、载荷等因素相关,有时光滑区很小,这会给分析判断带来一定困难,这时可能须要借助于电子显微镜观察微观断口,这里就不再赘述了。
二、金属材料的疲劳特性
恒幅疲劳载荷
金属材料的疲劳破坏取决于内、外两方面因素。外在因素指作用于材料上的外加疲劳载荷;内在因素指材料的抗疲劳断裂能力。恒幅疲劳载荷是最基本的疲劳载荷形式,可利用标准试验机发生此反复载荷。而实际飞机经历的疲劳载荷却要复杂得多。这里,仅说明基本疲劳载荷的描述参数等,而复杂疲劳载荷历程放在以后介绍。
由于通常的疲劳破坏属静力学范围,故对反复的疲劳载荷循环历程仅关心其大小而不关心载荷的波形及频率。恒幅疲劳载荷的描述参数有 %个,分别为 &’(),&’*+, •"-,•
 
中国航空网 www.aero.cn
航空翻译 www.aviation.cn
本文链接地址:飞机检测与维修实用手册 1(72)