[发明专利]一种基于镁合金试件表面温度特征的疲劳分析方法

权利要求书

1.一种基于镁合金试件表面温度特征的疲劳分析方法，其特征在于是一种借助于红外热像仪，仅对单个镁合金试件加载至弹塑性变形范围内，仅需3分钟的疲劳加载就可以快速确定疲劳试件内应力与镁合金疲劳极限之间关系的疲劳分析方法，该方法的具体步骤如下：

   使用的化学物质材料为：镁合金板、乙醇、黑色哑光漆、砂纸，其准备用量如下：以毫米、毫升为计量单位

镁合金板：AZ31B                320 mm×100 mm×10 mm  4块

黑色哑光漆：                    500 mL±10 mL

乙醇：C₂H₅OH                   500 mL±10 mL

砂纸：SiC  800目                276 mm×0.5 mm×230 mm  2张   

砂纸：SiC  1000目               276 mm×0.5 mm×230 mm  2张

砂纸：SiC  1500目               276 mm×0.5 mm×230 mm  2张

1) 试件加工及准备

① 采用线切割方法将镁合金板加工为变截面的疲劳试件，使得在疲劳加载过程中试件标距内应力随截面积增大而减小，呈不均匀分布；

② 用砂纸打磨疲劳试件，使试件表面及线切割加工面光滑, 要求试件正反面及线切割加工面的粗糙度达Ra0.32-0.63 μm；

③ 用乙醇擦洗疲劳试件，使试件表面洁净；

④ 在疲劳试件测温表面涂一层黑色哑光漆，以增加热反射率；

2) 加载试件及测温准备

调整好疲劳试验参数，循环特征系数为0.1，谐振频率为100 Hz，开始将疲劳试件加载在疲劳试验机上，同时将红外热像仪置放于距离试件测温表面800mm处，调节红外热像仪焦距，保证疲劳试验过程中录制的温度图像清晰；

3) 疲劳试验

对待测试件在不同应力水平下进行循环加载，同时使用红外热像仪对试件表面温度进行监测，采集试件表面温度特征数据及图像；

4) 数据处理及分析

① 分析红外热像仪测得的试验结果，提取试件在疲劳载荷作用下的温度-时间关系数据、温度图像；

② 计算疲劳试件标距内的应力分布，根据应力分布求得应力梯度曲线；

沿应力梯度曲线在步骤①获得的热像图上提取温度数据，得到试件表面的温度与局部应力关系曲线；

③ 根据在不同应力水平下获得的试件表面温度与局部应力关系曲线的形状，确定试件内部应力与镁合金疲劳极限的关系为全部大于疲劳极限、部分大于疲劳极限或是全部小于疲劳极限；

步骤②中获得的试件表面的温度与局部应力关系曲线在不同应力水平下呈现三种不同形状：a. 曲线为一条单一的直线，温度随内应力的增加呈线性增加，此时试件内部应力全部大于疲劳极限；b. 曲线出现明显的转折，此时试件内部应力部分大于疲劳极限；c. 曲线呈现不规律波动，此时试件内部应力全部小于疲劳极限；

④ 当试件内部应力部分大于疲劳极限时，步骤②中获得的试件表面的温度与局部应力关系曲线会出现明显的转折；分别对出现转折的曲线的两段用最小二乘法进行拟合得到两条直线，其交点对应的应力值为该镁合金的疲劳极限。

2.如权利要求1所述的上述的一种基于镁合金试件表面温度特征的疲劳分析方法，其特征在于，所述的镁合金疲劳试验是在红外试验系统上进行，其红外试验系统由疲劳试验机(1)、红外热像仪(4)和控制系统(6)组成，疲劳红外试验系统为立式，在疲劳试验机(1)的卡具(2)上装卡表面涂有黑色哑光漆的镁合金疲劳试件(3)，在涂有哑光漆面的疲劳试件前放置红外热像仪(4)，调节控制系统(6)开始疲劳加载，由控制系统(6)得到疲劳试验收据，红外热像仪(4)得到镁合金疲劳试件表面的温度信息和温度图像，数据处理系统(5)对得到的疲劳过程中的温度和应力信息进行处理。

3. 如权利要求1所述的一种基于镁合金试件表面温度特征的疲劳分析方法，其特征在于，所述的镁合金疲劳试件采用标距为变截面的疲劳试件，使得在疲劳加载过程中试件标距内应力随截面积增大而减小，呈不均匀分布。