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30CrMnSiNi2A钢的原位疲劳试验研究

李旭东  黄新跃  
【摘要】:原位试验这里指应用带扫描电子显微镜(SEM)的伺服疲劳试验机进行疲劳试验,采用这种试验方法的优点是可以实时观测疲劳小裂纹的萌生和早期的扩展情况,对于研究疲劳裂纹的萌生和扩展的机理研究提供了试验的支持。为了更方便地观测到小裂纹在试样表面的萌生和扩展,设计了一种单面圆弧变截面拉-拉疲劳试样。由于原位疲劳试验机与普通的伺服疲劳试验机的装夹方法不同,而且试样形状比较特殊,需要分析试样最小截面的应力场和确定应力集中系数,以便确定疲劳试验的应力水平。本文基于以上背景,针对这种单面圆弧变截面的原位拉-拉疲劳试样,建立有限元模型,采用材料弹塑性参数,分析在静拉伸载荷σn下试样工作段的应力分布。根据有限元分析,得出圆弧的中心部位是应力最高的地方,可以预测裂纹萌生的地方就在圆弧中心附近;计算最大应力σmax,得到圆弧中心应力集中系数因子Kt=σmax/σn=1.09,该应力集中系数与在《应力集中系数手册》中相近几何形状的Kt曲线上查到的值相比,在合理的范围内。在原位拉伸试验中发现,疲劳裂纹的萌生也基本都发生在圆弧中心处。

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