[发明专利]一种预测镁合金构件疲劳极限的方法

说明书

技术领域

本发明一种预测镁合金构件疲劳极限的方法，属于镁合金材料疲劳危险点的测量及疲劳极限预测的应用领域。

背景技术

镁合金是最轻的金属结构材料，具有密度低、比强度和比刚度高、阻尼减震性好、机加工性能优良、零件尺寸稳定、易回收等特点，在“陆、海、空、天”等交通运载装备行业具有潜在的应用价值。同时，这些结构都离不开焊接技术的支持，都承受疲劳载荷的作用，容易产生疲劳失效。

疲劳断裂是金属材料及其焊接结构失效的一种主要形式，它发生在承受交变或脉动应变的结构中，一般来说，对应于疲劳破坏时的最大应力要低于材料的抗拉强度，甚至低于材料的屈服点。统计资料表明，在随动载结构的断裂失效中，有70 %~90 %的事故是由于焊接接头的疲劳断裂造成的，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和痛苦。

目前镁合金结构的疲劳性能的确定主要是通过试验的手段进行，通常金属材料疲劳性能测量方法需要经过多个试件进行上百万周次的循环试验，其中升降法一种就需要13个以上的试件。而有色金属如镁合金由于其特殊的组织结构，没有明显的疲劳极限，试验循环次数更可达上千万次。不仅耗费大量的人力、物力，而且浪费大量的时间，需要几天甚至几个月的时间才可以对一种材料的疲劳寿命进行评估和预测。

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)，及一种基于镁合金试件表面温度特征的疲劳分析方法（专利号：ZL201410263559.3）被提出，这两种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及不同截面上的温升值，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，这两种方法需要使用红外热像仪，设备费用及使用条件较为苛刻，试验过程不够简便，不利于推广使用。

发明内容

本发明一种预测镁合金构件疲劳极限的方法，目的在于：针对背景技术的状况，使用低周疲劳试验机，基于材料及其构件在承受较高循环载荷的过程中的不可逆损伤理论，在载荷大于疲劳极限疲劳强度时，材料的非弹性效应所引起的不可逆变形及加工硬化现象，低于疲劳极限时不出现明显加工硬化现象，依据动态载荷变化时所对应动态应变稳定值的变化规律，建立平均循环应变曲线演变规律的镁合金构件疲劳极限预测的方法。

本发明一种预测镁合金构件疲劳极限的方法，其特征在于包括如下步骤：

第一，根据国标GB/T 228-2008加工镁合金疲劳试样；

第二，根据标准规定的试验方法，将疲劳试样夹持在疲劳试验机上，拉伸试验仪器采用SDS-100动静疲劳试验机测试系统，同时在待测试样上安装动态引伸计，加载过程中记录每一加载循环次数下的动态应力、动态应变数值；

第三，将实验所得的疲劳数据,求出对应循环次数下的平均应变，公式如下：

（1）

其中ε_r为第r 次的应变平均值，ε_rmax 和 ε_rmin 分别为第r 次循环时应变最大值和最小值；

第四，利用公式（1）减去初始平均应变得出平均应变范围；

（2）

其中ε₁为初始平均应变；

第五，将各应力下的∆ε_r与循环次数N 曲线绘制在同一坐标系中，取各应力下曲线∆ε_r的稳定值∆ε_s；

第六，将实验所得的各应力下疲劳数据(∆ε_s和σ_max)绘制在双对数坐标(lg∆ε_s－lgσ_max)中；