Lång livslängd och hög tillförlitlighet är de viktiga indexen för stor teknisk utrustning, särskilt nyckelkomponenterna som representeras av avancerade flygmotorer och höghastighetsjärnvägsaxlar, som utsätts för mer än 107 eller till och med 1010 cykler av cyklisk belastning under livslängden, och har gått in i forskningskategorin ultrahög trötthet (dvs. trötthet på mer än 107 cykler), vilket undergräver den traditionella utmattningshållfastheten och livslängden baserat på utmattningsgränsen (motsvarande 107 cykler). Detta har störtat den traditionella utmattningshållfastheten och livslängden baserad på utmattningsgränsen (motsvarande 107 cykler), och har blivit gränsen och hot spot för utmattningsforskningen de senaste åren. Därför är det av stor vetenskaplig betydelse och tekniskt tillämpningsvärde att avslöja mikromekanismerna och lagarna för ultrahög trötthet, och att upprätta en exakt förutsägelsemodell av utmattningslivslängd och utmattningshållfasthet.
Gruppen Microstructure Computational Mechanics of State Key Laboratory of Nolinar Mechanics, Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences, tar TC17 titanlegering och TC4 titanlegering för flygmotorer som forskningsobjekt, avslöjar att deformationstvillingarna och nanokristallerna som bildas i processen med utmattningsbelastning är de viktiga faktorerna för groning och utveckling av ultrahöga perifera utmattningssprickor i titanlegering, och lägger fram mekanismen för ultrahöga perifera utmattningssprickors groning och initiala expansion i titanlegering; Studien genomförs genom design av variabel amplitudbelastning och mäter utmattningslivslängden och utmattningshållfastheten. Genom utformningen av belastning med variabel amplitud mäts den ekvivalenta sprickförlängningshastigheten på 10-13~10-11m/cyc i området för UHF-sprickinitiering och initial förlängning, och sedan förutsägs UHF-utmattningslivslängden, och förutsägelseresultaten överensstämmer med experimentresultaten.
Det visade sig att inte bara materialdefekter signifikant försämrar utmattningsprestandan hos titanlegeringar, utan också att effekten av defekter på utmattningsbeteendet med hög och ultrahög cykel är nära relaterad till den form i vilken defekterna introduceras. För inre materialdefekter visar SN-kurvorna för hög- och ultrahögcykelutmattning en kontinuerlig minskning, medan SN-kurvorna för de artificiellt defekta ytan kännetecknas av en platåregion. In-situ-mikroskopi, svepelektronmikroskopi och transmissionselektronmikroskopi visade att, till skillnad från intern defekt-inducerad ultrahögcykelutmattningsfel, visade ytartificiell-defektinducerad ultrahögcykelutmattning inte en långsam process av sprickinitiering och initial expansion med bildandet av nanokorn, och att, när sprickorna väl initierats, skulle sprickorna växa snabbt och proverna skulle misslyckas i ett mycket litet antal cykler. Forskarna tillskriver detta misslyckande till den synergistiska effekten av utmattningsbelastning och tidsberoende processer (t.ex. påverkan av vattenånga, inverkan av väte, etc.). Studien föreslår vidare en modell för effekten av provets geometri och ytdefekter på den höga och ultrahöga cykelutmattningshållfastheten hos titanlegeringar. Modellen kan användas inte bara för att korrelera effekten av defekter på utmattningshållfastheten hos titanlegeringar, utan också effektivt användas i litteraturen om effekten av defekter (inklusive sprickor) på den höga utmattningshållfastheten hos vissa metalliska material.
Forskargruppen genomförde en jämförande studie av den prediktiva förmågan hos flera vanliga modeller av effekten av spänningsförhållanden på högcykelutmattningshållfasthet i kategorin ultrahögcykelutmattning. Experimentdata från olika material visar att Walkers formel σ , R=σ ,-1 [(1-R)/2] jämförs med Goodmans formel σa, R= σ ,-1 [1-(σm/σb)] och Smith-Watson-Toppers formel σa, R=σ ,-1 [(1-R) /2]. -R)/2]1/2 för att bättre förutsäga effekten av spänningsförhållande på utmattningshållfastheten för ultrahög omkrets, där σ , R och σ ,-1 är utmattningsstyrkorna vid spänningsförhållandena R och {{ 22}}, σm respektive σb är medelspänningarna och draghållfastheterna, och är en materialparameter.
Forskningsarbetet stöddes av projektet "Multiscale Problems of Nolinear Mechanics" från Basic Science Center vid National Natural Science Foundation of China (NSFC), och "Scientific Basis of Aero-engine High-temperature Materials/Advanced Manufacturing and Failure" Diagnosis" odlingsprojekt av NSFC Major Research Program. Stöds av National Natural Science Foundation of China (NSFC). Några av forskningsresultaten har publicerats i Int. J. Fatigue 2023, 166: 107299; 2023,167:107331; 2022, 160: 106862; Eng. Frakt. Mech. 2022, 259: 108136; 2022, 272: 108721; 2022, 272: 108721; 2022, 272: 108721; 2022, 272: 108721; 2022, 272: 108721; 2022, 272: 108721; 2022, 272: 108721; 2022, 272: 108721. 108721; 2022, 276: 108940; J. Mater. Sci. Technol. 2022, 122: 128-140; Theor. Appl. Frakt. Mech. 2022, 119: 103380.
