Lange Lebensdauer und hohe Zuverlässigkeit sind die wichtigen Merkmale wichtiger technischer Geräte, insbesondere der Schlüsselkomponenten moderner Luftfahrtmotoren und Hochgeschwindigkeitseisenbahnachsen, die während ihrer Lebensdauer mehr als 107 oder sogar 1010 Zyklenbelastungen ausgesetzt sind sind in die Forschungskategorie der ultrahohen Ermüdung (d. h. Ermüdung von mehr als 107 Zyklen) eingestiegen, die die traditionelle Ermüdungsfestigkeit und Lebensdauerauslegung auf der Grundlage der Ermüdungsgrenze (entsprechend 107 Zyklen) untergräbt. Dies hat das traditionelle Ermüdungsfestigkeits- und Lebensdauerdesign auf der Grundlage der Ermüdungsgrenze (entsprechend 107 Zyklen) auf den Kopf gestellt und ist in den letzten Jahren zum Vorreiter und Brennpunkt der Ermüdungsforschung geworden. Daher ist es von großer wissenschaftlicher Bedeutung und technischem Nutzen, die Mikromechanismen und Gesetze der ultrahohen Ermüdung aufzudecken und ein genaues Vorhersagemodell für Ermüdungslebensdauer und Ermüdungsfestigkeit zu erstellen.
Die Gruppe für Mikrostruktur-Rechnermechanik des State Key Laboratory of Nonlinear Mechanics, Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences, nimmt TC17-Titanlegierung und TC4-Titanlegierung für Flugtriebwerke als Forschungsobjekte und zeigt, dass die Verformungszwillinge und Nanokristalle gebildet wurden Der Prozess der Ermüdungsbelastung sind die wichtigen Faktoren für die Entstehung und Entwicklung ultrahoher peripherer Ermüdungsrisse in Titanlegierungen und stellen den Mechanismus der Entstehung und anfänglichen Ausdehnung ultrahoher peripherer Ermüdungsrisse in Titanlegierungen dar; Die Studie wird anhand des Entwurfs einer Belastung mit variabler Amplitude durchgeführt und misst die Ermüdungslebensdauer und Ermüdungsfestigkeit. Durch den Entwurf einer Belastung mit variabler Amplitude wird die äquivalente Rissausdehnungsrate von 10-13~10-11m/Zyklus im Bereich der UHF-Risseinleitung und -Anfangsausdehnung gemessen und anschließend die UHF-Ermüdungslebensdauer vorhergesagt. und die Vorhersageergebnisse stimmen mit den experimentellen Ergebnissen überein.
Es wurde festgestellt, dass Materialdefekte nicht nur das Ermüdungsverhalten von Titanlegierungen erheblich verschlechtern, sondern auch, dass die Auswirkung von Defekten auf das Ermüdungsverhalten bei hohen und ultrahohen Lastwechselzyklen eng mit der Form zusammenhängt, in der die Defekte eingeführt werden. Bei inneren Materialfehlern zeigen die SN-Kurven bei hoher und ultrahoher Zyklenermüdung eine kontinuierliche Abnahme, während die SN-Kurven der künstlich defekten Oberflächenproben durch einen Plateaubereich gekennzeichnet sind. In-situ-Mikroskopie-, Rasterelektronenmikroskopie- und Transmissionselektronenmikroskopie-Beobachtungen zeigten, dass im Gegensatz zu durch interne Defekte verursachten Ultrahochzyklus-Ermüdungsversagen bei der durch Oberflächen-künstliche Defekte induzierten Ultrahochzyklus-Ermüdung kein langsamer Prozess der Rissentstehung und anfänglichen Ausdehnung auftrat mit der Bildung von Nanokörnern, und dass, sobald die Risse entstanden wären, die Risse schnell wachsen würden und die Proben in sehr wenigen Zyklen versagen würden. Die Forscher führen dieses Versagen auf den synergistischen Effekt von Ermüdungsbelastung und zeitabhängigen Prozessen (z. B. Einfluss von Wasserdampf, Einwirkung von Wasserstoff usw.) zurück. Die Studie schlägt außerdem ein Modell für die Auswirkung von Probengeometrie und Oberflächendefekten auf die Ermüdungsfestigkeit von Titanlegierungen bei hohen und ultrahohen Zyklen vor. Das Modell kann nicht nur verwendet werden, um die Auswirkung von Defekten auf die Ermüdungsfestigkeit von Titanlegierungen zu korrelieren, sondern es kann auch effektiv in der Literatur zur Auswirkung von Defekten (einschließlich Rissen) auf die Ermüdungsfestigkeit einiger metallischer Materialien mit hoher Periode eingesetzt werden.
Das Forschungsteam führte eine vergleichende Studie zur Vorhersagefähigkeit mehrerer häufig verwendeter Modelle der Auswirkung von Spannungsverhältnissen auf die Ermüdungsfestigkeit bei hoher Lastspielzahl in der Kategorie der Ermüdung bei ultrahoher Lastspielzahl durch. Die experimentellen Daten verschiedener Materialien zeigen, dass Walkers Formel σ , R=σ ,-1 [(1-R)/2] im Vergleich zu Goodmans Formel σa, R= gut abschneidet σ ,-1 [1-(σm/σb)] und Smith-Watson-Toppers Formel σa, R=σ ,-1 [(1-R) /2]. -R)/2]1/2, um die Auswirkung des Spannungsverhältnisses auf die Ermüdungsfestigkeit von ultrahohem Umfang besser vorherzusagen, wobei σ, R und σ,-1 die Ermüdungsfestigkeiten bei den Spannungsverhältnissen R und {{ 22}}, σm und σb sind die durchschnittlichen Spannungen und Zugfestigkeiten und ein Materialparameter.
Die Forschungsarbeit wurde durch das Projekt „Multiscale Problems of Nonlinear Mechanics“ des Basic Science Center der National Natural Science Foundation of China (NSFC) und das Projekt „Scientific Basis of Aero-engine High-temperatur Materials/Advanced Manufacturing and Failure“ unterstützt Diagnosis“-Anbauprojekt des NSFC Major Research Program. Unterstützt von der National Natural Science Foundation of China (NSFC). Einige der Forschungsergebnisse wurden in Int veröffentlicht. J. Fatigue 2023, 166: 107299; 2023,167:107331; 2022, 160: 106862; Ing. Bruch. Mech. 2022, 259: 108136; 2022, 272: 108721; 2022, 272: 108721; 2022, 272: 108721; 2022, 272: 108721; 2022, 272: 108721; 2022, 272: 108721; 2022, 272: 108721; 2022, 272: 108721. 108721; 2022, 276: 108940; J. Mater. Wissenschaft. Technol. 2022, 122: 128-140; Theor. Appl. Bruch. Mech. 2022, 119: 103380.
