本發(fā)明涉及疲勞測試領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)力集中系數(shù)和溫度對合金材料疲勞性能影響的建立方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、溫度和應(yīng)力集中系數(shù)是影響材料高周疲勞性能的重要因素。s-n曲線是以材料標(biāo)準(zhǔn)試件疲勞強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，以疲勞壽命的對數(shù)值lg?n為橫坐標(biāo)，表示一定循環(huán)特征下標(biāo)準(zhǔn)試件的疲勞強(qiáng)度與疲勞壽命之間關(guān)系的曲線，也稱應(yīng)力-壽命曲線。當(dāng)溫度或應(yīng)力集中單一因素變化時，其對疲勞性能的影響可以通過將多條s-n曲線繪制于同一坐標(biāo)系圖中，便可定性的比較，如將不同測試溫度的s-n曲線繪于一張圖中進(jìn)行比較，又如將不同應(yīng)力集中系數(shù)的多條s-n曲線繪于一張圖中進(jìn)行比較。

2、將待比較的數(shù)據(jù)繪于同一圖中的方法雖然簡單，但是只能進(jìn)行定性的比較。當(dāng)考慮定量比較時，目前為說明應(yīng)力集中對疲勞性能的影響，通常定義疲勞強(qiáng)度縮減系數(shù)進(jìn)行分析。通常，缺口件疲勞強(qiáng)度降低的幅度用疲勞強(qiáng)度縮減因子kf表示，kf也稱為疲勞缺口系數(shù)或疲勞應(yīng)力集中系數(shù)；kf為光滑試件的疲勞極限σ-1與缺口試件的疲勞極限σ-1n之比，計算式如式(1)所示，

3、kf＝σ-1/σ-1n??????????????????????????????????(1)；

4、疲勞應(yīng)力集中系數(shù)kf與材料性質(zhì)和缺口試件幾何有關(guān)，即與應(yīng)力集中系數(shù)kt有關(guān)。疲勞缺口敏感度指數(shù)q可表示材料的疲勞缺口敏感度，其定義如下：

5、q＝(kf-1)/(kt-1)????????????????????????????(2)；

6、當(dāng)q＝1，kf＝kt，表示材料的疲勞強(qiáng)度因缺口的存在而引起最大程度的降低，即對缺口的敏感度最大；當(dāng)q＝0，kf＝1，表示材料的疲勞強(qiáng)度不因缺口的存在而降低，即對缺口不敏感。

7、如上所述，無論疲勞應(yīng)力集中系數(shù)kf，還是疲勞缺口敏感度指數(shù)q，均表征單一因素kt對疲勞性能的影響；此外，這些參量的定義均是針對疲勞極限進(jìn)行定義的，無法表征對中壽命區(qū)、甚至短壽命區(qū)的影響。

8、為了更充分的了解材料的疲勞性能，分析材料在溫度(t)和疲勞應(yīng)力集中系數(shù)(kf)兩個因素聯(lián)合作用下對材料的高周疲勞性能的規(guī)律性產(chǎn)生的影響，并且同時分析材料短壽命區(qū)、中壽命區(qū)和長壽命區(qū)的方法具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種疲勞應(yīng)力集中系數(shù)和溫度對合金材料疲勞性能影響的建立方法，本申請?zhí)峁┑慕⒎椒煞治龊辖鸩牧显跍囟群推趹?yīng)力集中系數(shù)兩個因素聯(lián)合作用下對高周疲勞性能的規(guī)律性產(chǎn)生的影響，還可對合金材料的短壽命區(qū)、中壽命區(qū)和長壽命區(qū)均進(jìn)行分析。

2、有鑒于此，本申請?zhí)峁┝艘环N疲勞應(yīng)力集中系數(shù)和溫度對合金材料疲勞性能影響的建立方法，包括以下步驟：

3、s1)定義合金的給定疲勞壽命，則得到如式(3)所示的給定疲勞壽命下的疲勞應(yīng)力集中系數(shù)kf，n；

4、kf，n?＝?σd?/?σdn????????????????????????????????(3)；

5、其中，σd為合金光滑試樣的疲勞極限，σdn為合金缺口試樣的疲勞極限；

6、在合金的應(yīng)力集中系數(shù)kt、應(yīng)力比和溫度確定的條件下，得到如式(4)所示的合金的兩參數(shù)應(yīng)力-疲勞壽命模型；

7、nf＝cf(sa-sac)-2??????????????????????????????(4)；

8、其中，nf為應(yīng)力疲勞壽命，cf為應(yīng)力疲勞抗力系數(shù)，sa為任意水平的疲勞極限，sac為理論疲勞極限；

9、s2)應(yīng)力集中系數(shù)kt＝1為光滑試樣，在給定疲勞壽命的基礎(chǔ)上，根據(jù)式(4)得到光滑試樣的給定疲勞壽命的疲勞極限；

10、s3)在給定疲勞壽命的基礎(chǔ)上，根據(jù)所述光滑試樣的給定疲勞壽命的疲勞極限和式(4)，得到kt≠1給定疲勞壽命的疲勞極限和kf，n；

11、s4)根據(jù)所述給定疲勞壽命的kf，n和步驟s1)中的溫度建立與給定疲勞壽命的關(guān)系。

12、優(yōu)選的，所述給定疲勞壽命為104～107周次范圍內(nèi)的任意壽命。

13、優(yōu)選的，所述溫度為室溫～1100℃。

14、優(yōu)選的，所述合金為高溫合金。

15、本申請還提供了所述的建立方法在分析溫度和疲勞應(yīng)力集中系數(shù)對疲勞性能影響中的應(yīng)用。

16、本申請?zhí)峁┝艘环N疲勞應(yīng)力集中系數(shù)和溫度對合金材料疲勞性能影響的建立方法，其首先定義合金的給定疲勞壽命，則得到如式(3)所示的給定疲勞壽命下的疲勞應(yīng)力集中系數(shù)kf，n；在合金的應(yīng)力集中系數(shù)kt、應(yīng)力比和溫度確定的條件下，得到如式(4)所示的合金的兩參數(shù)應(yīng)力疲勞壽命模型；由于應(yīng)力集中系數(shù)kt＝1為光滑試樣，在給定疲勞壽命的基礎(chǔ)上，根據(jù)式(4)得到光滑試樣的給定疲勞壽命的疲勞極限；然后在給定疲勞壽命的基礎(chǔ)上，根據(jù)所述光滑試樣的給定疲勞壽命的疲勞極限和式(4)，得到缺口試樣(kt≠1)給定疲勞壽命的疲勞極限和kf，n；最后根據(jù)所述給定疲勞壽命的kf，n和溫度建立與給定疲勞壽命的關(guān)系。本申請?zhí)峁┑慕⒎椒ń⒘恕発f，n-溫度”曲線，可獲得給定壽命下kf，n隨溫度的變化規(guī)律曲線，可直觀的顯示疲勞缺口應(yīng)力集中系數(shù)(kf，n)和溫度聯(lián)合作用對合金任意疲勞壽命的影響規(guī)律，實現(xiàn)兩因素聯(lián)合作用對疲勞性能影響的分析；同時，通過定義給定壽命下疲勞應(yīng)力集中系數(shù)kf值，可表征缺口對不同給定壽命下疲勞強(qiáng)度的影響，給定壽命可根據(jù)需要任意給定，由此可得到短、中、長壽命區(qū)的疲勞應(yīng)力集中系數(shù)。

技術(shù)特征：

1.一種疲勞應(yīng)力集中系數(shù)和溫度對合金材料疲勞性能影響的建立方法，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建立方法，其特征在于，所述給定疲勞壽命為104～107周次范圍內(nèi)的任意壽命。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建立方法，其特征在于，所述溫度為室溫～1100℃。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建立方法，其特征在于，所述合金為高溫合金。

5.權(quán)利要求1～4任一項所述的建立方法在分析溫度和疲勞應(yīng)力集中系數(shù)對疲勞性能影響中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種疲勞應(yīng)力集中系數(shù)和溫度對合金材料疲勞性能影響的建立方法，包括以下步驟：S1)定義合金的給定疲勞壽命，則得到疲勞應(yīng)力集中系數(shù)Kf，N；在合金的應(yīng)力集中系數(shù)Kt、應(yīng)力比和溫度確定的條件下，得到合金的兩參數(shù)應(yīng)力疲勞壽命模型；S2)應(yīng)力集中系數(shù)Kt＝1為光滑試樣，在給定疲勞壽命的基礎(chǔ)上，得到光滑試樣的給定疲勞壽命的疲勞極限；S3)在給定疲勞壽命的基礎(chǔ)上，得到Kt≠1給定疲勞壽命的疲勞極限和Kf，N；S4)根據(jù)所述給定疲勞壽命的Kf，N和步驟S1)中的溫度建立與給定疲勞壽命的關(guān)系。本申請?zhí)峁┑慕⒎椒蓪崿F(xiàn)Kf，N和溫度兩因素聯(lián)合作用對疲勞性能影響的分析。

技術(shù)研發(fā)人員：焦?jié)奢x,蘇彬,王泓,張仕朝,李旭東,冉剛,乙曉偉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國航發(fā)北京航空材料研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2