一种基于镁合金试件表面温度特征的疲劳分析方法

摘要

一种基于镁合金试件表面温度特征的疲劳分析方法，属于镁合金材料力学性能的技术领域，其特征在于是一种针对镁合金在疲劳载荷作用下试件内部应力分布不均匀，由于弹塑性变形作用使得试件表面温度发生变化，得到试件表面的温度与局部应力关系曲线；通过分析曲线形状特征，确定疲劳试件的受力情况，进而求得镁合金的疲劳极限，该方法无需对试件加载至发生疲劳失效或特定的循环周次，仅需3分钟的疲劳加载就可以快速确定疲劳试件内应力与镁合金疲劳极限之间关系，具有方便、快捷、准确等优点。

主权项

一种基于镁合金试件表面温度特征的疲劳分析方法，其特征在于是一种借助于红外热像仪，仅对单个镁合金试件加载至弹塑性变形范围内，仅需3分钟的疲劳加载就可以快速确定疲劳试件内应力与镁合金疲劳极限之间关系的疲劳分析方法，该方法的具体步骤如下：使用的化学物质材料为：镁合金板、乙醇、黑色哑光漆、砂纸，其准备用量如下：以毫米、毫升为计量单位；镁合金板：AZ31B         320 mm×100 mm×10 mm   4块；黑色哑光漆：            500 mL±10 mL；乙醇：C2H5OH            500 mL±10 mL；砂纸：SiC 800目         276 mm×0.5 mm×230 mm  2张；砂纸：SiC 1000目        276 mm×0.5 mm×230 mm  2张；砂纸：SiC 1500目        276 mm×0.5 mm×230 mm  2张；1) 试件加工及准备① 采用线切割方法将镁合金板加工为变截面的疲劳试件，使得在疲劳加载过程中试件标距内应力随截面积增大而减小，呈不均匀分布，由中间向两端逐渐减小；② 用砂纸打磨疲劳试件，使试件表面及线切割加工面光滑，要求试件正反面及线切割加工面的粗糙度达Ra 0.32‑0.63 μm；③ 用乙醇擦洗疲劳试件，使试件表面洁净；④ 在疲劳试件测温表面涂一层黑色哑光漆，以增加热反射率；2) 加载试件及测温准备调整好疲劳试验参数，循环特征系数为0.1，谐振频率为100 Hz，开始将疲劳试件加载在疲劳试验机上，同时将红外热像仪置放于距离试件测温表面800mm处，调节红外热像仪焦距，保证疲劳试验过程中录制的温度图像清晰；3) 疲劳试验对待测试件在不同应力水平下进行循环加载，同时使用红外热像仪对试件表面温度进行监测，采集试件表面温度特征数据及图像；4) 数据处理及分析① 分析红外热像仪测得的试验结果，选取动态平衡时刻的热像图对疲劳试件表面的温度分布进行分析，动态平衡时刻是指试件表面温度停止上升的时刻，提取试件在疲劳载荷作用下的温度‑时间关系数据、温度图像；② 计算疲劳试件标距内的应力分布，疲劳试件横截面处的应力σ_A=F/S_A，其中F为施加在试件轴向上的载荷，S_A为疲劳试件横截面A的面积；根据应力分布求得应力梯度曲线；沿应力梯度曲线在步骤①获得的热像图上提取温度数据，得到试件表面的温度与局部应力关系曲线；③ 根据在不同应力水平下获得的试件表面温度与局部应力关系曲线的形状，确定试件内部应力与镁合金疲劳极限的关系为全部大于疲劳极限、部分大于疲劳极限或是全部小于疲劳极限；步骤②中获得的试件表面的温度与局部应力关系曲线在不同应力水平下呈现三种不同形状：a. 曲线为一条单一的直线，温度随内应力的增加呈线性增加，此时试件内部应力全部大于疲劳极限；b. 曲线出现明显的转折，此时试件内部应力部分大于疲劳极限；c. 曲线呈现不规律波动，此时试件内部应力全部小于疲劳极限；④ 当试件内部应力部分大于疲劳极限时，步骤②中获得的试件表面的温度与局部应力关系曲线会出现明显的转折；分别对出现转折的曲线的两段用最小二乘法进行拟合得到两条直线，其交点对应的应力值为该镁合金的疲劳极限。