力學(xué)大會(huì)2015集基于能量密度法的纖維金屬層板微動(dòng)疲勞壽命

平學(xué)成2),朱增輝,,(華東交通大學(xué)機(jī)電，南昌關(guān)關(guān)式實(shí)數(shù)得到預(yù)測(cè)中待參數(shù)采用型N動(dòng)傷則鋁厚度纖層度層對(duì)度橋圓半動(dòng)置和的響纖金屬層動(dòng)議為板連疲勞論 纖維金屬層板(FibreMetalF)是由薄的金屬層和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層組成的混雜復(fù)合材料層板；該結(jié)構(gòu)是由荷蘭Dlft理工大學(xué)在上世紀(jì)70年代發(fā)Fokr飛經(jīng)不斷的發(fā)纖維金屬層板作為一種性能優(yōu)良的新型復(fù)綜合了金屬材料和纖維復(fù)合材料的優(yōu)補(bǔ)了單僅勞還有較高的比強(qiáng)度和比剛連接中（如鉚導(dǎo)致微動(dòng)疲勞裂紋在接觸界面端附近萌生和擴(kuò)大幅度降低，導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)失效，甚至發(fā)生性。所以，研究其微動(dòng)疲勞特性，并準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)其微動(dòng)疲勞，對(duì)指導(dǎo)層板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和增加服役安全性都具有重要目前，人們對(duì)纖維金屬層板的研究?jī)?nèi)容主要有：方法和力學(xué)性能表征[1,2]、纖維金屬層板剩余強(qiáng)度和損傷問(wèn)題的研究[3,應(yīng)變響應(yīng)、剛度變化，模擬了釘孔損傷發(fā)展過(guò)程；Rijck等[10]建立了鉚釘頭直徑和高度-Ryan等[13]了纖維金屬層板蒙皮鉚接孔附近的力學(xué)行為，了板材料、纖維層剛度索影響微動(dòng)疲勞的因素，建立預(yù)測(cè)疲勞的方法。 通訊作者：平學(xué)成(1975-),男，黑龍江人,教授,博士,從事機(jī)械機(jī)構(gòu)強(qiáng)度研究(E-mail: 下而產(chǎn)應(yīng)力(或主應(yīng)變)的方向和幅值隨時(shí)間變化而動(dòng)遠(yuǎn)場(chǎng)載動(dòng)接觸應(yīng)動(dòng)疲勞的預(yù)測(cè)需要考慮多軸應(yīng)力狀態(tài)本擬用基于應(yīng)變能的多軸疲勞理論預(yù)測(cè)纖維金屬層板的微動(dòng)疲勞根據(jù)臨界平面內(nèi)的應(yīng)力和應(yīng)變分量確定S(Sith-tonToppr)和N(NtaOgtt-21]。首先，通過(guò)纖維金屬層板微動(dòng)疲勞實(shí)驗(yàn)確定疲勞預(yù)測(cè)的材料參數(shù)，然后考疲勞的影響。 zzyxSy?y?θx1纖維金屬層板試樣和表面坐標(biāo)旋圖1()為一個(gè)纖維金屬層板試件示意圖軸為試軸與試件的外法線平行對(duì)有限元模型進(jìn)行分析時(shí)假個(gè)分析步計(jì)算得到最后一個(gè)分析步 εxxγxyγxzσ= ,ε=

yz yz y平面(逆時(shí)針)繞z軸成θ角，然后第二次逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)新的x軸使z軸與z軸成?角。坐旋轉(zhuǎn)可通過(guò)一個(gè)矩陣來(lái)轉(zhuǎn)換，在新的x-y-z坐標(biāo)系中，應(yīng)力應(yīng)變可表示為ε'MTεM,σ'M

MM

sinθsin?

M M 0cos? 0

(cos2?sin2 sin sin y' εsin2?εcos2?ε z' σsin?τx

(cos2?sin2 sin?cos sin?cos y' σsin2?σcos2?σ2 z' 設(shè)角度增量Δ?=1o0o?180o。這樣接觸面上所有節(jié)點(diǎn)在每一個(gè)載荷步下都有180度。最向應(yīng)變幅所在的平面作為臨界平面，考慮了臨界平面內(nèi)的應(yīng)力和應(yīng)變。改進(jìn)的SWT損傷參量可以描述為在一個(gè)載荷循環(huán)外載荷中最大的法向應(yīng)力σn,max和法向應(yīng)變幅 ε/2(σ)f2(2N)bσε f

)b

載荷作用下的I型裂紋問(wèn)題，將法向應(yīng)變能密度作為疲勞損傷參量，即將最向應(yīng)力幅σ1/2和最向應(yīng)變程ε1的乘積作為一種損傷參量來(lái)計(jì)算疲勞：W=σ1ε=AN-

1量，即最大剪切應(yīng)力變程τ12和最大剪切應(yīng)變程γ12的乘積作為計(jì)算疲勞的損傷

W=τγ=AN- 22預(yù)測(cè)模型中材料常數(shù)的確zzxyyx66r866r83壓塊 Fig.4Theschematicillustrationoffrettingfatigue圖5疲勞試驗(yàn)機(jī)和試件裝

6由于采用了纖維層層板試件一般只在鋁合金層開(kāi)圖7開(kāi)標(biāo)卡尺測(cè)測(cè)得試件產(chǎn)生裂紋的位置距為裂紋與橋足接觸外端部的距離。為了避免偶然性每個(gè)載荷級(jí)測(cè)量5個(gè)試樣的開(kāi)裂位置和疲勞結(jié)果見(jiàn)表1很顯然隨著最大載荷Smax鋁合金層開(kāi)裂循環(huán)數(shù)呈下降試件側(cè)面置于顯微鏡過(guò)顯微鏡觀察到試件在厚度方向的開(kāi)開(kāi)裂角度如圖8約為88圖7和圖8（裂紋產(chǎn)生處）的微動(dòng)磨損比接觸內(nèi)端部及其它地方都要嚴(yán)這是因?yàn)檫@里是橋足和試件之間過(guò)過(guò)渡區(qū)是主要的微動(dòng)磨損動(dòng)疲勞裂紋萌生的主要區(qū)域。 圖7斷裂位置的測(cè) 圖8鋁層裂紋沿厚度的方試件編

表1

實(shí)測(cè)循 yyxS9屬性值鋁合金提取橋足接觸路徑上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，分別采用臨界平面法計(jì)算ST和NK損傷參量值，根據(jù)接觸路徑上的損傷參數(shù)幅值和臨界平面所在的角度即可判斷開(kāi)裂位置和開(kāi)裂角度。接觸路徑上的損傷參量如圖0所示，T參數(shù)和I型N