止裂孔及压痕对铝合金疲劳裂纹扩展的影响规律及作用机理研究

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机械零部件在使用过程中容易萌生疲劳裂纹,如不对其进行处理,裂纹将迅速扩展直至失效。止裂孔和压痕因其操作简便是修复含裂纹构件的常用方法。但止裂孔和压痕对含裂纹构件修复效果有限,且目前对二者延寿机理的认识尚未达成共识。针对该问题,本文以6061-T6铝合金为研究对象,采用紧凑拉伸试样,通过压痕与止裂孔新的组合方式达到延寿目的,并对延寿机理展开研究。主要研究内容如下:(1)采用紧凑拉伸试样对止裂孔及压痕的延寿机理进行研究,在此基础上提出压痕与止裂孔的组合方式,并研究该组合方式对疲劳裂纹扩展性能的影响规律。经研究发现,对比止裂孔及压痕止裂方式,止裂孔压痕的组合具有更好的延寿效果,其不仅能提高疲劳裂纹在止裂孔处的萌生寿命,而且能降低疲劳裂纹穿过止裂孔后的扩展速率。(2)基于止裂孔压痕组合模型,进一步改变压痕载荷的大小(Find=2,3,4,5 k N),并采用Abaqus有限元软件模拟压痕载荷施加后止裂孔周围的残余应力场,分析不同压痕载荷作用下止裂孔周围的残余应力分布情况,结合疲劳裂纹扩展曲线,研究止裂孔周围残余压应力场对疲劳裂纹扩展性能的影响规律。分析发现较大的压痕载荷能产生较大的残余压应力场,从而提高止裂孔压痕组合试样的疲劳寿命,压痕载荷为5 k N试样的寿命为母材的498.2%。(3)基于压痕载荷为3 k N的止裂孔压痕组合模型,提出三压痕模型,并通过Abaqus模拟施加压痕载荷后的残余应力场,分析不同载荷布置方式下残余应力分布情况,结合疲劳裂纹扩展曲线和止裂孔处疲劳裂纹萌生寿命,分析残余应力场对裂纹在止裂孔处的萌生寿命以及疲劳裂纹在止裂孔周围的扩展性能的影响。研究发现合理的压痕布置方式能够进一步的提高试样的疲劳寿命。
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