疲勞強(qiáng)度資料

1、高強(qiáng)度鋁合金缺口噴丸加工的疲勞特性： 使用臨界距離法的實(shí)驗(yàn)和預(yù)測(cè)文章信息: 關(guān)鍵詞： 文章歷史 ： 噴丸處理收到2009年8月18日 缺口疲勞 修改稿1月20日收到2010年 高強(qiáng)度鋁合金接受2010年2月24日 臨界距離理論可在線2010年3月6日 殘余應(yīng)力摘要：本論文旨在探討不同噴丸處理對(duì)攜帶不同類型的缺口鋁7075 -T651樣品疲勞的影響。WohlerS-Ncurves是通過在不同的實(shí)驗(yàn)條件通過反向彎曲得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。通過改變不同的疲勞強(qiáng)度發(fā)現(xiàn)，這取決于噴丸強(qiáng)度，而且，尤其是，對(duì)于不同的切口的幾何形狀的處理不同的效果：接收到的更重要的缺口較大通過在降低疲勞缺口敏感性方面的噴丸硬化處理有益

2、效果和增量的缺口疲勞強(qiáng)度。疲勞改善相對(duì)于未進(jìn)行噴丸狀況和疲勞的噴丸強(qiáng)度的影響討論了處理殘余應(yīng)力的效果。在裝載過程中殘余應(yīng)力再分配的程度是通過在普通試樣的量調(diào)查x射線衍射(XRD)。,根據(jù)應(yīng)用負(fù)載發(fā)現(xiàn)了表面壓力的進(jìn)化可以到一個(gè)穩(wěn)定值。通過該噴丸處理，并且利用X射線衍射，利用數(shù)字技術(shù)的手段對(duì)缺口試樣產(chǎn)生的殘余應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，此外，疲勞載荷的應(yīng)用程序已經(jīng)為藍(lán)本為了研究在凹口附近的殘余應(yīng)力的松弛。穩(wěn)定的殘余應(yīng)力值已被并入到多軸疲勞準(zhǔn)則來預(yù)測(cè)疲勞性。最后，一個(gè)臨界距離理論方法已被用來預(yù)測(cè)承載應(yīng)力集中的壓縮殘余應(yīng)力場(chǎng)的耐疲勞性。1 .介紹 鋁合金看起來對(duì)飛機(jī)和汽車行業(yè)非常有吸引力，不斷尋求能源的改進(jìn)來提

3、高運(yùn)輸車輛的效率，因?yàn)樗麄兊奶赜械母哽o態(tài)強(qiáng)度。通常,高靜態(tài)力學(xué)性能誘導(dǎo)鋁合金是通過彌散硬化和老齡化熱處理的方案來解決的。然而，在用更常見的高對(duì)比度金屬材料，比如鋼材，就靜態(tài)機(jī)械性能來看，他們表現(xiàn)出相對(duì)較差疲勞性能。在高周疲勞機(jī)制（ 5百萬周期）疲勞續(xù)航力約為拉伸強(qiáng)度1的。此外，加強(qiáng)鋁合金高疲勞缺口承受的惡化硬化的處理2更為敏感。因此，在應(yīng)力集中的存在下，像孔，圓角和凹槽，這些始終存在于機(jī)械設(shè)備中的零件，特別不利于這些合金的疲勞響應(yīng)，從而限制了在具有復(fù)雜形狀并具有高應(yīng)力機(jī)械零件中的使用。 由于多數(shù)疲勞裂紋起始于零件的表面上，零件表面的抵抗裂紋萌生和早期裂紋擴(kuò)展的條件是一個(gè)有吸引力的提高疲勞性能的

4、方法。由于這個(gè)原因，鋁合金經(jīng)常受到表面處理。例如，噴丸處理一直受到特別的關(guān)注，在普通鋼的疲勞壽命和輕合金 3-7 ，允許有明顯的增量。在文獻(xiàn)中，這種改進(jìn)的主要部分已經(jīng)幾乎一致歸因于在應(yīng)力在表面區(qū)域引入殘余應(yīng)力。同時(shí)負(fù)責(zé)延遲疲勞裂紋的萌生和較低的小裂紋擴(kuò)展速率 3,8-10 。進(jìn)一步的效果，即使大部分仍然有爭(zhēng)議，由于工作硬化，其中，一方面，負(fù)責(zé)增強(qiáng)抗裂紋萌生的能力，在另一邊，導(dǎo)致較低的裂紋擴(kuò)展的阻力減小，應(yīng)為材料脆化 9 。 一些研究表明殘余壓應(yīng)力，比如從噴丸，表面軋制和表面硬化表面處理中產(chǎn)生的。顯著地提高工程材料的缺口疲勞性 1113 。然而，這些調(diào)查研究并沒有考慮到鋁合金，主要集中存在于傳統(tǒng)

5、的鋼中。此外，僅僅在現(xiàn)有的文獻(xiàn)1115的數(shù)據(jù)似乎并沒有以提供殘余應(yīng)力對(duì)缺口疲勞強(qiáng)度的影響一個(gè)令人信服的解釋。事實(shí)上，已經(jīng)表明，殘余應(yīng)力場(chǎng)將集中在缺口附近，類似于外部載荷應(yīng)力集中效應(yīng)。然而，由于測(cè)量尖銳缺口附近殘余應(yīng)力的的難度，很少有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可在文獻(xiàn)中查到。此外,由壓縮產(chǎn)生有益影響的殘余應(yīng)力強(qiáng)烈依賴于穩(wěn)定的使用壽命14。通過缺口產(chǎn)生的集聚效應(yīng)和殘余應(yīng)力場(chǎng)可能會(huì)導(dǎo)致殘余應(yīng)力的松弛，由于實(shí)現(xiàn)了材料的塑性流動(dòng)的原因15，從而通過殘余壓應(yīng)力的疲勞響應(yīng)改善切口的意圖被挫敗了。最后，噴丸處理可是否以充分覆蓋小的幾何細(xì)節(jié)仍然是目前還不清楚的問題。所有這些原因，導(dǎo)致估計(jì)所述槽口耐疲勞的難度，限制了噴丸處理的應(yīng)用

6、，以使承受應(yīng)力集中的鋁合金機(jī)械部件的應(yīng)用有所限制。 筆者最近研究了三種類型的拍攝效果在反向彎曲的條件下進(jìn)行噴丸處理的鋁7075-T651合金的純疲勞反應(yīng)16。在目前的工作中，按綜合基準(zhǔn)已經(jīng)過測(cè)試已知的實(shí)驗(yàn)條件下由相同的Al合金的缺口樣品和受到相同的噴丸處理，以收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在文獻(xiàn)16它表明：（一）噴丸顯著提高了Al合金純疲勞響應(yīng) （二）本殘余應(yīng)力場(chǎng)不顯示與關(guān)于在初始條件明顯變化 的500萬次疲勞忍耐壓力（三）有些松弛發(fā)生在更短的疲勞壽命，更顯著的較高的壓力水平。普通疲勞反應(yīng)是直接與表面的殘余應(yīng)力，使用錫尼什標(biāo)準(zhǔn)納入穩(wěn)定的殘余應(yīng)力場(chǎng)的平均應(yīng)力并且可以成功地預(yù)測(cè)相關(guān)問題。然而，人們發(fā)現(xiàn)，在更強(qiáng)烈的

7、噴丸條件下的高周疲勞行為而是由初始塑性變形的條件決定的，作為壓縮之間的疊加的效果和所施加的反向彎曲的壓峰的殘余應(yīng)力，為了保存剩余的穩(wěn)定應(yīng)力場(chǎng)。文獻(xiàn)17進(jìn)行了數(shù)值研究表明16觀察到的殘余應(yīng)力松弛實(shí)際上是由于塑性流動(dòng)，而不是周期性的放松。術(shù)語A Neuber缺口特征長(zhǎng)度 S 線性有效應(yīng)力A，B 中周疲勞材料常數(shù)確定特征長(zhǎng)度 T 疲勞效果的散射f 在疲勞周期的一個(gè)給定數(shù)目的普 x,y,z 集中在缺口尖端，其中y所在的 通的疲勞強(qiáng)度 平分線笛卡爾參考系統(tǒng)f-1 在疲勞周期的一個(gè)給定數(shù)目的交 a,b 代表Sines標(biāo)準(zhǔn)方程的參數(shù) 替疲勞強(qiáng)度f0 在疲勞周期的一個(gè)給定數(shù)目的脈 f 疲勞強(qiáng)度范圍 動(dòng)純疲勞強(qiáng)

8、度k Wohler曲線的在雙對(duì)數(shù)下的斜率 Kth 門檻應(yīng)力強(qiáng)度因子疲勞裂紋擴(kuò) 展范圍K1c 平面應(yīng)變斷裂韌性 rp50 疲勞特性與50的失敗概率（相 應(yīng)的10和90）L 材料特征長(zhǎng)度 r0p50 Whler曲線y軸截距在雙對(duì)數(shù)下 失效為50%的概率L0 在高循環(huán)疲勞機(jī)制的材料的特征 r1,2,3 應(yīng)力張量的主要組成部分 長(zhǎng)度 Ls 靜電材料特征長(zhǎng)度 r5x106 疲勞特性對(duì)應(yīng)于5x106Kf 缺口疲勞因子 ra 應(yīng)用于彎曲應(yīng)力幅值Nf 周期失敗的數(shù)目 req 等效應(yīng)力P,m 靜水壓力 rY0.2 0.2屈服應(yīng)力q 疲勞缺口敏感性 rRS 殘余應(yīng)力r 缺口根圓角半徑 rVM Von Mises等

9、效應(yīng)力R 應(yīng)力比 rUTS 極限拉伸強(qiáng)度 這些結(jié)果已經(jīng)解決了目前的第二部分的工作，也就是專門預(yù)測(cè)經(jīng)過噴丸處理切口樣品的疲勞壽命。雖然純疲勞可以使用等效應(yīng)力來計(jì)算成功，該函數(shù)是在試樣的表面上的外部和殘余應(yīng)力場(chǎng)得出的，這樣過于保守的做法必然是針對(duì)缺口部分。在過去，許多不同的方法已經(jīng)被提出，考慮到與這種現(xiàn)象掛鉤的材料的疲勞缺口敏感性?；蛟S，其中最容易采納的方法是基于臨界距離的理論，上個(gè)世紀(jì)，原來是通過Neuber18和Petterson的19中的中間開發(fā)，在過去的幾十年，是許多研究者（例如見2023）的進(jìn)一步研究。在本文，臨界距離的理論方法用于預(yù)測(cè)的中期噴丸樣品拍攝的高周疲勞行為。用于此目的，在17

10、中描述的數(shù)值方法的基礎(chǔ)上，初始和穩(wěn)定的殘余應(yīng)力域已經(jīng)確定，合并在一個(gè)等效應(yīng)力，基于多軸疲勞已經(jīng)平均超過標(biāo)準(zhǔn)材料的特征長(zhǎng)度。2. 材料和實(shí)驗(yàn)程序 該實(shí)驗(yàn)已對(duì)鋁7075-T651合金進(jìn)行了操作，廣泛用于航空航天應(yīng)用，隨附在4毫米厚的熱軋板的形式。散裝材料特性已經(jīng)確定在五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的單調(diào)拉伸試驗(yàn)10（初始應(yīng)變速率s）進(jìn)行縱向取向.結(jié)果，總結(jié)于表1, 顯示出了屈服強(qiáng)度高于500兆帕，再加上良好的延展性材料（18的總延伸率）。 表1： E(GPa) T.E.(%)R.A.(%) 73(1) 515(5)565(5)760(10) 18(2)24(2) 在幾何形狀為棱柱的試件進(jìn)行了疲勞特性實(shí)驗(yàn)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ISO

11、3928，示于圖1。在如圖所描述樣品中的圓角半徑 ，圖1a是大到足以使任何缺口疲勞效應(yīng)都可以忽略不計(jì)。在下文中他們將被視為光滑“或純”樣本。該缺口試樣，其幾何形狀被示于圖1b，通過電火花加工制(EDM)。特別注重2邊V型缺口的正確加工（90度的孔徑角），其中顯著影響著應(yīng)力分布。缺口根部圓角半徑 被設(shè)置為2毫米（鈍“缺口試樣）和0.5毫米（尖”缺口樣品），因此，理論應(yīng)力集中系數(shù)分布的范圍為1.53到2.33。 三種控制的噴丸硬化處理已經(jīng)考慮在內(nèi)，其工藝參數(shù)列于表2（詳情可參見參考文獻(xiàn)16）。每個(gè)處理一直使用陶瓷珠進(jìn)行，這允許更高的疲勞性能與鋼丸24比較了。名為CE-B120的處理采用了小型的陶瓷

12、珠，導(dǎo)致一個(gè)溫柔膚淺的效果，與較大尺寸的陶瓷珠，第二個(gè)稱為CE-Z425的處理已經(jīng)以產(chǎn)生更深的冷加工層。CEB120處理后，第三次稱為CE的梳型處理是雙錘擊包括于CE-Z425之中。 由噴丸硬化所施加的表面粗糙度的影響,其處理是已經(jīng)量化的輪廓測(cè)量，其結(jié)果可在16中找到。此外，噴丸缺口試樣的表面形貌已經(jīng)通過SEM分析研究（而光滑的樣品中報(bào)告參考文獻(xiàn)16）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，用在更加激烈的噴丸處理的大鏡頭，即CE-Z425和CE-Comb，產(chǎn)生大而深的的撞擊坑。在CE-B120和CE-Comb條件下，在表面和表面輪廓上。更小的尺寸的凹坑被觀察到。此外，在噴丸條件下，觀察到在接近鈍缺口頂點(diǎn)的區(qū)域的是均勻的（

13、沒有報(bào)道為簡(jiǎn)明起見）。反之，在有孔玻璃珠撞擊綜合征的輕微效率（標(biāo)以箭頭在圖2a）已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在CEZ425處理中使用的大珠的大小變得與尖銳型缺口試樣的缺口根圓角半徑具有可比性。顯然,切口的深度已經(jīng)足夠高，影響著形缺口側(cè)表面v的珠子的偏離軌道。這種效果是，反過來，隱藏預(yù)見著CE-Comb處理后的CE-B120工藝條件，它能夠均勻地覆蓋尖銳缺口根區(qū)（圖2b）。 引起的噴丸殘余應(yīng)力場(chǎng)的分析處理已進(jìn)行了由通過應(yīng)力分布X射線衍射（XRD）技術(shù)的測(cè)量（有關(guān)詳情載于文獻(xiàn)給出_ 16,17）。類似的結(jié)果已經(jīng)通過由盲孔鉆技術(shù)25獲得。在CE-B120，CE-Z425，CE-Comb的條件下，圖3示出了初始?xì)堄鄳?yīng)

14、力的分布。值得注意的是，在后一種情況下，經(jīng)過CE-B120處理，受到更強(qiáng)烈的噴丸處理（CEZ425和 CE-Comb）的標(biāo)本特征是更深層次的壓縮殘余應(yīng)力分布和更高的分壓膚淺峰。表層受到壓縮殘余應(yīng)力很的影響小,峰值位于表面上。在CE-Z425和 CE-Comb處理就表面殘留應(yīng)力的和膚淺的峰值來看略有不同，而壓峰值的深度幾乎是相同的的測(cè)量（0.075-0.080毫米）。在表面之下，兩種處理之間的差異往往會(huì)淡出近200微米。 在室溫空氣和在30赫茲的標(biāo)稱頻率條件下，反向（零平均應(yīng)力，R =1）平面彎曲位移控制疲勞試驗(yàn)已經(jīng)進(jìn)行了。該微結(jié)構(gòu)在與平行于L方向上的應(yīng)力軸經(jīng)過了測(cè)試。對(duì)應(yīng)于不同的疲勞應(yīng)力水平在

15、范圍在到的周期已經(jīng)被考慮在內(nèi)。疲勞曲線對(duì)應(yīng)的失效概率為50，由S-N曲線可以得出：= (1)按照標(biāo)準(zhǔn)程序26，通過擬合日志（）與log（）的結(jié)果獲得。不確定性范圍被假定為是恒定的，并通過其質(zhì)心值近似。因?yàn)樯⑸涞拇硇?，下面的表達(dá)式被使用：表2：處理珠子大小(um)珠子 硬度(HV1)珠子組成鋁的強(qiáng)度珠子速度（m.s）98的覆蓋率飽和時(shí)間（s）撞擊的角度覆蓋率（）CE-B12063-125700ZrO2 67%4.5N5721090100CE-Z425425-600SiO231%4.5A26160CE-Comb 圖2： 圖3： (2)P90，P10分別表示故障概率的90和10的水平，循環(huán)疲勞特性

16、是由一個(gè)漸進(jìn)的過程得到的，采用12-15個(gè)樣品。3. 疲勞強(qiáng)度和缺口敏感性 反向彎曲疲勞試驗(yàn)的結(jié)果以及P50 疲勞線是與圖4a-c的平滑度比較得出的，鈍口和尖銳缺口試樣，分別各自考慮了不同材料的變形。參數(shù)代表著對(duì)應(yīng)的失效概率為50的疲勞曲線，根據(jù)式（1）公式和（2）公式的計(jì)算，結(jié)果分散，并且疲勞特性周期為的結(jié)果列于表三中。所有考慮的噴丸處理可以有效的延長(zhǎng)材料的疲勞壽命，即使是有應(yīng)力集中的存在。這種改進(jìn)取決于所施加的載荷，對(duì)應(yīng)于較長(zhǎng)的疲勞，存在著更為顯著的載荷水平， 然而，降低了P50疲勞曲線線的斜率值，除了CE-Z425這種處理。它也可以被觀察到越是強(qiáng)烈的噴丸處理（CE-Z425和CE-Com

17、b）沒有導(dǎo)致進(jìn)一步改善疲勞性能，比起溫和的處理（CE-B120）來看，但是，相反，給疲勞響應(yīng)一個(gè)不太積極的影響，尤其是在高周疲勞機(jī)制獲得。在對(duì)失敗斷口缺口試樣的分析測(cè)量中（那些在文獻(xiàn)16的普通樣本報(bào)告），這里為簡(jiǎn)便起見就沒有報(bào)道，已經(jīng)進(jìn)行了。在所有噴丸條件下，他們表明在一個(gè)區(qū)域疲勞裂紋的萌生非常接近（0-100）缺口尖端，缺口嚴(yán)重程度，以及應(yīng)力水平的影響。 在文獻(xiàn)16中普通的的噴丸處理間的疲勞響應(yīng)的差異已登記過廣泛的討論。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)受更在加激烈的樣品反向彎曲噴丸處理（即CE-Z425和CE-Comb）約500萬次高周疲勞忍耐，導(dǎo)致深壓縮殘余應(yīng)力，對(duì)應(yīng)于條件疲勞加載過程中在壓縮初始塑性流動(dòng)的

18、周期。與此相反，在進(jìn)行CE-B120標(biāo)本塑化材料處理之前要有一定的余量。顯然，在這種高強(qiáng)度的鋁合金，宏觀材料的塑化以及由此引發(fā)的殘余應(yīng)力放松施加在高循環(huán)疲勞有阻力從而產(chǎn)生不利影響。相反，較高的負(fù)載水平產(chǎn)生壓塑化與隨之而來的殘余應(yīng)力松弛和較短的疲勞壽命。 表4總結(jié)了疲勞方面的疲勞結(jié)果，就耐力增量相對(duì)于作為接收的條件和疲勞缺口敏感性以及疲勞缺口系數(shù)為500萬次來看，缺口敏感性系數(shù)q，Neuber缺口的特征長(zhǎng)度表示為：q= (3)其中r為缺口根部圓角半徑。在作為接收的條件顯示了一個(gè)特征長(zhǎng)度相似的兩個(gè)缺口類型;這表明附近缺口的微觀結(jié)構(gòu)特征是相似的。與此相反，在CE-B120，以及在主要程度上該CEZ4

19、25和CE-Comb的條件表明相當(dāng)不同的一個(gè)值，表明經(jīng)過噴丸處理在材料方的缺口針尖可以引起響應(yīng)。這一事實(shí)可能有正當(dāng)理由通過調(diào)用或者不同的殘余應(yīng)力場(chǎng)來進(jìn)行演化，以下作為進(jìn)一步研究，或尖銳，缺口試樣之間不同的處理效率。因此，實(shí)際上該地區(qū)靠近尖銳缺口根部的撞擊綜合征的小珠較大的更有效, 那些表明計(jì)算受到了CE-Comb處理對(duì)于系數(shù)為普通的鋒利缺口試樣的在CE-B120條件下的疲勞反應(yīng)的影響。所獲得因子的和長(zhǎng)度，記錄在在表4中的括號(hào)。 圖3表3：表4：似乎更合理，在其他噴丸條件下，并與計(jì)算相媲美。表4顯示噴丸硬化處理引起的耐疲勞增量是更加明顯的，相對(duì)于尖銳缺口，變化范圍在20至80，當(dāng)和較鈍的比較，介

20、于20和55。此外，噴丸處理降低了約20疲勞缺口敏感性，與常規(guī)的強(qiáng)化方法相反 （即加工硬化，沉淀和溶液硬化）能賦予更高的疲勞性能，以增加疲勞缺口敏感性的成本材料為代價(jià)。以下各節(jié)將專門調(diào)查，如果觀察到通過噴丸硬化作用有雙重有益效果，即缺口疲勞強(qiáng)度和降低疲勞缺口的敏感性隨之增加，實(shí)際上是由于在表面層材料引入殘余壓應(yīng)力引起的。2. 殘余應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)值模擬 殘余應(yīng)力在影響噴丸組件27的疲勞反應(yīng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。特別地，普通標(biāo)本的疲勞反應(yīng)在文獻(xiàn)16被解釋清楚，通過前后疲勞試驗(yàn)的試樣并且通過XRD法測(cè)定殘余應(yīng)力的分布。不幸的是，在目前的情況下，疲勞損傷集中在一個(gè)加工區(qū)“以后的缺口尖端18,19，特點(diǎn)是

21、強(qiáng)烈的應(yīng)力梯度，其尺寸遠(yuǎn)小于直徑的x射線用于x射線衍射測(cè)量(2mm)16。關(guān)于這個(gè)問題，有處理噴丸殘余應(yīng)力的幾何不連續(xù)的接近測(cè)量極少數(shù)實(shí)驗(yàn)可以在文學(xué)作品看（例如，見1315）；此外，所有的報(bào)道指測(cè)量殘余應(yīng)力沿試樣厚度資料而信息提供的是關(guān)于切口周圍的殘余應(yīng)力分布和殘余應(yīng)力的演變的疲勞壽命。大多數(shù)的殘余應(yīng)力測(cè)量存在鄰近的壓力問題和冷擴(kuò)張孔(28、29)，但是他們一直在進(jìn)行組件的尺寸(通常大于10毫米)相對(duì)于那些在這項(xiàng)研究中使用的樣本。此外，所報(bào)告的殘余應(yīng)力分布已被測(cè)量的間隔的距離大于1毫米，即在距離不能理解強(qiáng)烈的殘余應(yīng)力梯度預(yù)期下的樣品檢查。 從這些結(jié)果出發(fā)，重建殘余應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)值似乎是唯一可行的解

22、決方案。在這個(gè)意義上說,但值得注意的是，實(shí)驗(yàn)的大部分作品試圖關(guān)聯(lián)的殘余應(yīng)力場(chǎng)與經(jīng)過不同的表面樣本的缺口疲勞響應(yīng)處理（例如30,31），利用有限元模擬旨在評(píng)估靠近槽口的殘余應(yīng)力分布區(qū)域。 在文獻(xiàn)17位于普通標(biāo)本中觀察到的殘余應(yīng)力松弛機(jī)制由限元模型已經(jīng)建立和經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。具體來說，通過表面處理創(chuàng)建的殘余應(yīng)力場(chǎng)已被引入到有限元模型，由一個(gè)虛構(gòu)的溫度分布沿不同途徑試樣的厚度和負(fù)責(zé)靜水初始應(yīng)變分布（ISD），根據(jù)Beghini和Bertini的所提出的程序32。這是與實(shí)驗(yàn)證據(jù)一致的，這是通過對(duì)材料的周圍由所施加的約束產(chǎn)生的殘余應(yīng)力而引起的桿的塑性變形影響來進(jìn)行的。由于噴丸硬化是在整個(gè)樣品表面均勻地施加，

23、ISD似乎是合理的假設(shè)，因此，假想溫度場(chǎng)，從噴丸表面的距離只有正常而已。 同樣，在目前的工作，它已經(jīng)假定，在殘余應(yīng)力場(chǎng)引起的靜水應(yīng)變分布獨(dú)立于試樣幾何形狀（普通或缺口），單獨(dú)依靠噴丸處理。因此，同樣虛構(gòu)的溫度場(chǎng)，在參考文獻(xiàn)17中找到，對(duì)純樣品進(jìn)行同樣的噴丸硬化處理，已經(jīng)被應(yīng)用到切口。在測(cè)量在試樣的中心，殘余應(yīng)力已經(jīng)用于校準(zhǔn)模型，所以周圍的凹槽中的殘余應(yīng)力場(chǎng)可以從一定程度近似合理地從有限元分析推導(dǎo)出，聯(lián)系到參與所采用的外推方法。 有限元模型已經(jīng)用ANSYS代碼建立了（ANSYS，匹茲堡，PA，USA），使用八節(jié)點(diǎn)等參的元素。為簡(jiǎn)便起見，只有鈍的模型建立，可以查看圖5。為了采取對(duì)稱的優(yōu)點(diǎn)，只有四分

24、之一的標(biāo)本進(jìn)行了建模。在表面區(qū)域的網(wǎng)格特別精制的目的是更好的再現(xiàn)在硬力層應(yīng)力和應(yīng)變梯度，由于噴丸處理的作用。在表面區(qū)域的元件的最小厚度為12。獨(dú)立速率，塑性增量理論已被用于在有限元計(jì)算中。特別地，塑性理論使用von Mises屈服面模型的關(guān)聯(lián)流動(dòng)法。硬化規(guī)則中使用的是多線性隨動(dòng)強(qiáng)化。噴丸硬化加工樣品的幾種表面層的循環(huán)應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線已被通過反向軸向應(yīng)變檢測(cè)結(jié)合顯微硬度試驗(yàn)得出，該有限元模型的溫度依賴性彈塑性材料的特性16,17來實(shí)現(xiàn)。由于疲勞載荷的彎矩也為了防止邊界效應(yīng)被應(yīng)用到有限元模型的一個(gè)末端，遠(yuǎn)離關(guān)注區(qū)域. 圖5 根據(jù)納維公式作為應(yīng)力梯度變化呈線性厚度Z。在第一負(fù)載周期之后，已經(jīng)觀察到

25、完全穩(wěn)定的殘余應(yīng)力場(chǎng)，從而表明，根據(jù)反向疲勞載荷，松弛機(jī)制是有效的早期疲勞循環(huán)17。圖6a-c示出的分布，沿著缺口平分線，在x（縱向）和初始Y軸（橫向）分量（實(shí)線，關(guān)閉符號(hào)）和穩(wěn)定的（虛線和點(diǎn)線，空心符號(hào)）分別進(jìn)行了CE-B120，CE鈍型缺口試樣殘余應(yīng)力場(chǎng)-Z425和CE-Comb噴丸處理。通過分析初始?xì)堄鄳?yīng)力分布，它可以指出，該殘余應(yīng)力場(chǎng)是單軸的缺口尖端，并成為從沿切口平分線的槽口移動(dòng)雙軸。殘余應(yīng)力場(chǎng)變等雙軸2毫米的切口（圖6未說明）。對(duì)于CE-B120處理，在耐疲勞性應(yīng)力場(chǎng)保持彈性限度，而對(duì)于更加激烈處理等效應(yīng)力超過了壓縮產(chǎn)量的壓力在0.2mm的局限。因此，圖6示出了殘留應(yīng)力場(chǎng)中的CE-

26、B120狀態(tài)（圖6a）保持穩(wěn)定，而局部松弛發(fā)生在樣品的缺口尖端經(jīng)受更強(qiáng)烈的噴丸條件下（CE-Z425示于圖6b和圖6c中所示的CE-Comb）。與此相反，對(duì)應(yīng)于介質(zhì)循環(huán)疲勞機(jī)制的負(fù)載水平觀察到縱向殘余應(yīng)力分量的顯著松弛在（大約，在到之間）。 圖7a-c分別顯示初始（實(shí)線，封閉符號(hào)）和穩(wěn)定（虛線和點(diǎn)線，空心符號(hào)）的殘余應(yīng)力分布在經(jīng)受CE-B120，CE-Z425和CE-Comb銳型缺口試樣的尖端噴丸處理后的結(jié)果。特別地，在尖銳缺口的前端觀察殘余應(yīng)力的軸向分量有一個(gè)相當(dāng)大的濃度。而遠(yuǎn)離切口，沿切口平分線移動(dòng)，存在近雙軸應(yīng)力場(chǎng)。在經(jīng)受CEB120處理的樣品中，在耐疲勞應(yīng)力場(chǎng)仍處于彈性范圍除了缺口尖端

27、周圍一個(gè)有很小的0.1毫米區(qū)，其中部分殘余應(yīng)力松弛觀察（圖7a），而觀察到縱向殘余應(yīng)力成分是適度的松弛。相反，在對(duì)應(yīng)于介質(zhì)循環(huán)疲勞機(jī)制的負(fù)載水平，尖銳型缺口試樣經(jīng)受縱向殘余應(yīng)力分量的非常的松弛。3. 疲勞響應(yīng)預(yù)測(cè) 數(shù)值評(píng)估周圍的凹槽中的殘余應(yīng)力分布的優(yōu)點(diǎn)在于，缺口疲勞響應(yīng)可以用一個(gè)字段的方法，而不是基于點(diǎn)的應(yīng)力值常規(guī)疲勞準(zhǔn)則來預(yù)測(cè)。因此，臨界距離理論認(rèn)為缺口疲勞響應(yīng)是由一個(gè)有效應(yīng)力范圍，這是應(yīng)力場(chǎng)的作用在凹口頂點(diǎn)33的鄰域。根據(jù)線路的方法，缺口部件的臨界條件當(dāng)達(dá)到這種有效應(yīng)力S，圖6圖7通過平均等效應(yīng)力和沿切口平分線過材料特性長(zhǎng)度L計(jì)算，等于純疲勞強(qiáng)度f：S（L）= f (4)其中y是沿切口平

28、分線與原點(diǎn)位于缺口頂點(diǎn)的局部坐標(biāo)（見圖5）。 根據(jù)錫尼什準(zhǔn)則等效應(yīng)力是在模擬應(yīng)力條件下獲得通過的，由于裝載成正比和標(biāo)準(zhǔn)證明成功地預(yù)測(cè)了光滑的樣品16的疲勞響應(yīng)。殘余應(yīng)力被視為平均應(yīng)力疊加到由外部循環(huán)載荷34引入的振蕩應(yīng)力。錫尼什標(biāo)準(zhǔn)包括八面體剪應(yīng)力幅值，或等價(jià)的Von Mises應(yīng)力振幅，和平均靜水壓力時(shí)形式的線性方程：+= (5)Von Mises應(yīng)力幅值是體現(xiàn)在主應(yīng)力振幅方面：= （6）平均流體靜壓力由下式給出：= (7)即殘余應(yīng)力場(chǎng)的雙軸和外部疲勞載荷交替。 和材料的參數(shù)，是指在未撞擊條件根據(jù)該材料的加工硬化由噴丸引入，施加在耐疲勞性16可忽略的影響的假設(shè)。它們可以從兩個(gè)獨(dú)立的疲勞試驗(yàn)被

29、識(shí)別。在這項(xiàng)工作中，它們是從確定的在作為接收的條件（R=-1）和脈動(dòng)疲勞試驗(yàn)進(jìn)行了充分的反向彎曲試驗(yàn)（R =0），呈現(xiàn)在文獻(xiàn)35中： = = （8）其中和完全相反，分別給定的編號(hào)脈動(dòng)純疲勞強(qiáng)度的周期的故障。 因此，用于預(yù)測(cè)缺口試樣的疲勞備用響應(yīng)線法的制定由下式給出： （9）這里L(fēng),和取決于循環(huán)失效的數(shù)目，殘余應(yīng)力場(chǎng)的函數(shù),所施加的彎曲應(yīng)力的振幅,即只有未知的這個(gè)等式的。 在高循環(huán)疲勞特性的情況下，臨界距離L已被選擇為等于對(duì)EL-Haddad的距離33，這是對(duì)裂紋擴(kuò)展的應(yīng)力強(qiáng)度因子的兩個(gè)范圍的函數(shù)（36）和純疲勞耐力（）： （10） 此外，根據(jù)由Susmel和Taylor在37提出的半經(jīng)驗(yàn)方法的

30、提出預(yù)測(cè)方法一直延伸到介質(zhì)循環(huán)疲勞機(jī)制。具體地，線方法的這種擴(kuò)展是基于這樣的構(gòu)思，該材料的特征長(zhǎng)度L為周期數(shù)量失敗的的函數(shù)。建議L與的關(guān)系定義如下冪律： （11）其中A和B都為負(fù)載比R的一個(gè)給定值的材料常數(shù)，他們可以使用靜態(tài)和疲勞材料特性或兩個(gè)校準(zhǔn)疲勞曲線37來確定。在本工作中，第一種方法已被考慮。因此，常數(shù)A和B可以從特征長(zhǎng)度來計(jì)算，由表達(dá)式（10）和，用于靜態(tài)問題并給出公式： （12）這里是是平面應(yīng)變斷裂韌性在文獻(xiàn)38中有報(bào)道，數(shù)值為36MPa。根據(jù)該作為接收條件下，觀察到沃勒曲線在大約100萬次無故障顯示斜率顯著變化，特征長(zhǎng)度已被假定為恒定的高循環(huán)疲勞機(jī)制（），并有所不同根據(jù)公式（11）

31、中的介質(zhì)循環(huán)疲勞機(jī)制（）。這種對(duì)這一現(xiàn)象的明顯簡(jiǎn)單化的方法，因?yàn)樵诘椭軝C(jī)制疲勞反應(yīng)完全改變，材料的循環(huán)塑性行為被顯著影響了。在另一方面，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，本文件的目的是要評(píng)估對(duì)缺口疲勞行為的殘余應(yīng)力，而不是在37中提供該方法的理論基礎(chǔ)提出的效果。所以涉及的方法的顯著簡(jiǎn)化，被認(rèn)為可接受。因此，方程（10）取下列值： （13）表面上的初始和殘留應(yīng)力都是穩(wěn)定的值，在方程9中引入的，被視為用于評(píng)估疲勞響應(yīng)。由于在有限元模型來計(jì)算穩(wěn)定的殘余應(yīng)力場(chǎng)的外部負(fù)載值是未知的，必須采用遞歸過程來預(yù)測(cè)對(duì)應(yīng)于循環(huán)到故障的給定數(shù)量的彎曲應(yīng)力的幅度。計(jì)算過程遵循圖8所示的流程圖。輸入是初始?xì)堄鄳?yīng)力（IRS）領(lǐng)域的，并且在疲勞

32、周期給定一個(gè)普通的疲勞強(qiáng)度。特征長(zhǎng)度的適當(dāng)值根據(jù)方程（10）和（13）來計(jì)算的，由決定。那么，有效應(yīng)力，由單一應(yīng)用彎曲應(yīng)力計(jì)算。這是兩個(gè)凹槽的幾何形狀和特征長(zhǎng)度L的函數(shù)。引起的彎曲應(yīng)力振幅，線性假設(shè)（下來之后材料的初始抖動(dòng)彈性行為），反比于。第一個(gè)彎曲應(yīng)力幅值的暫定值通過考慮IRS領(lǐng)域，用于在有限元模型計(jì)算出相應(yīng)的SRS場(chǎng)來計(jì)算，這允許計(jì)算彎曲應(yīng)力振幅的第二暫定值。此過程被重復(fù)直到結(jié)果收斂于。圖8 表5報(bào)告了500萬次疲勞耐久通過結(jié)合到錫尼什疲勞標(biāo)準(zhǔn)即IRS和SRS領(lǐng)域的線性法的預(yù)測(cè)值。在第一種情況下，在作為接收的疲勞耐久性的實(shí)驗(yàn)值和預(yù)測(cè)值和B120條件為缺口類型之間獲得的一個(gè)很好的協(xié)定，誤差

33、實(shí)際上小于6。與此相反，經(jīng)受更強(qiáng)烈的噴丸硬化處理的缺口試樣疲勞強(qiáng)度被高估高達(dá)50，這可能是由于局部殘余應(yīng)力松弛。事實(shí)上，如果穩(wěn)定的殘余應(yīng)力分布都考慮在內(nèi)，這個(gè)高估顯著向下降低到約10，除了大幅型缺口試樣經(jīng)受CE-Z425處理導(dǎo)致20的高估。這個(gè)事實(shí)可以通過調(diào)用在缺口頂點(diǎn)的緊鄰處理的次要效率進(jìn)行說明，由于陶瓷珠的大尺寸。如在圖2a中的描繪，這一觀察表明使用有孔玻璃珠，其尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于槽口的特征尺寸小或者應(yīng)用噴丸專門用于深孔設(shè)計(jì)的處理，如旋轉(zhuǎn)式噴槍噴丸。 在參考文獻(xiàn)16已經(jīng)觀察到更激烈的噴丸處理（CE-Z425和CE-Comb）普通耐疲勞性是由初始?jí)嚎s材料塑性流動(dòng)條件決定的，提出的假說，即廣泛的材料

34、塑化，涵蓋了整個(gè)樣品寬度，對(duì)材料的高周疲勞行為是有害的。與此相反，在本研究中，一些塑化似乎是在缺口樣品的高周疲勞測(cè)試中被忽略了，大概是因?yàn)?，不像普通的樣本，塑工藝是定位于以后的缺口尖端的微小加工區(qū)。 所獲得的結(jié)果實(shí)際上證實(shí)這一假設(shè)，在第三單元制造，引入殘余壓應(yīng)力同時(shí)負(fù)責(zé)加強(qiáng)缺口疲勞強(qiáng)度和降低疲勞缺口的敏感性，這大概是因?yàn)閲娡杼幚?，不同于傳統(tǒng)的加固方法，沒有顯著影響的材料的固有的耐疲勞性，即通過最大位錯(cuò)滑移長(zhǎng)度導(dǎo)致材料脆化39的還原，但采用的是利用由殘余壓應(yīng)力對(duì)疲勞反應(yīng)產(chǎn)生的有益作用。圖9 表5顯然，殘余應(yīng)力松弛是該疲勞性能改善的一個(gè)限制因素，并負(fù)責(zé)經(jīng)受更強(qiáng)烈的噴丸處理，如示于表4也解釋的和銳鈍缺口試樣之間的不同Neuber特征長(zhǎng)度。 殘余應(yīng)力松弛與CE-Z425處理?xiàng)l件相比，也可解釋其他不佳的疲勞反應(yīng)：下表面顯微硬度意味著較低的循環(huán)屈服強(qiáng)度，因此更傾向于殘余應(yīng)力松弛，從而為他們部分損失發(fā)揮有益作用。 無論如何，不管松弛現(xiàn)象，對(duì)缺口的殘余應(yīng)力場(chǎng)作用集中效果足夠高的增量與缺口嚴(yán)重程度上升的耐疲勞度增加。 不過，預(yù)計(jì)這種增量不無限期增加，因?yàn)楹茕h利的缺口會(huì)接受如此激烈松弛，以抵消由殘余應(yīng)力場(chǎng)施加任何有益的影響。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和在中等周期制度計(jì)算出的平均疲勞曲線之間的比較示于圖，圖9a-d表示作為接收的。分