[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

说明书

技术领域

本发明一种基于镁合金试件表面温度特征的疲劳分析方法，属于镁合金材料力学性能的技术领域。具体涉及一种镁合金疲劳试件表面温度特征的快速疲劳分析方法的技术方案。

背景技术

疲劳与断裂是引起工程结构失效的最主要原因，工程结构中因疲劳断裂事故引起的失效占失效总数的80 %以上，一旦发生疲劳破坏事故，往往给人们的生命财产带来灾难性的损失。多年来，人们在疲劳现象的观察、疲劳机理的研究、疲劳寿命的预测和抗疲劳设计技术的发展等方面积累了丰富的经验。目前的疲劳研究主要依靠试验手段对金属材料的疲劳性能进行分析和检测，然而这些疲劳试验方法存在着试验周期长、试件消耗大、数据离散等不足，这些都为获取材料的疲劳性能带来了一定的困难。

镁合金作为新型的结构材料，在服役过程中往往承受疲劳载荷，目前其疲劳性能主要是通过试验手段获得。传统的疲劳试验方法通常将疲劳试件在10⁷循环周次内是否发生疲劳失效作为评判标准，即需要对待测试件进行长时间的循环加载，如果在达到特定的循环周次前发生疲劳失效，说明施加的载荷可能高于材料的疲劳极限；反之，达到特定的循环周次不发生疲劳失效，说明施加的载荷可能低于材料的疲劳极限；通过对以上获得的试验数据进行对比分析才能获得材料的疲劳极限；这种疲劳试验方法，在单根试件上就需要较长的试验周期，并且为了获得可靠的试验数据，需要进行多组试验，因此，目前的试验方法不仅耗费大量时间，而且耗费大量试验材料。

最近，一种基于红外热成像预测镁合金构件疲劳极限的系统和方法(申请号：201210549354.2)被提出，该方法利用红外热像仪监测镁合金在疲劳试验过程中试件表面的温度变化，对比不同应力水平下试件表面的温升值，进而确定镁合金的疲劳极限。与目前的疲劳试验方法相比，该方法无需将试件加载至发生疲劳失效或完成全部10⁷周次循环加载，在一定程度上节省了试验时间。然而，该方法只强调了不同应力水平下试件表面温升值的差异，并没有准确给出镁合金试件在特定应力水平下所表现出的具体特征，需要进行多组试验进行对比才能得到疲劳极限，试验过程不够简便。

发明内容

本发明一种基于镁合金试件表面温度特征的疲劳分析方法，其目的在于是针对背景技术的状况，借助于红外热像仪，提供一种仅对单个试件加载至弹塑性变形范围内的疲劳试验方法，对于镁合金试件仅需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，

本发明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、黑色哑光漆和砂纸，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