抗疲勞的案例
齒輪的表面完整性與抗疲勞制造技術的發展趨勢
齒輪制造技術發展的第三個階段可稱為齒輪的“抗疲勞”制造。北京航空材料研究院趙振業院士在幾十年的長壽命關鍵構件抗疲勞制造研究基礎上，使飛機起落架達到并超過國外最高規定壽命，提出了“無應力集中”抗疲勞概念，創新理論研究、緊密結合工程應用提出并大力倡導關鍵構件的“抗疲勞”制造。所謂“抗疲勞”制造是控制表面完整性和表面變質層，以疲勞性能為主要判據和提高疲勞強度的制造技術; 表面完整性是控制加工工藝形成的無損傷或強化的表面狀態; 表面變質層是控制加工工藝形成的無損傷或強化的亞表層狀態。與“表面完整性”制造不同，抗疲勞制造不僅要滿足形位、表面粗糙度等設計圖紙規定要求和達到關鍵構件的設計性能外，還要保證關鍵構件長壽命使用。其標志性指標中，除了表面粗糙度Ｒa等“標準數據組”外，還有“表面變質層數據組”，抗疲勞制造的目標和使命轉變為精密、長壽命和經濟可承受性，主體變為抗疲勞切削加工和高能或高能復合表層改性。其成效主要表現為關鍵構件疲勞壽命較“成形”制造提高幾十倍到幾百倍，可靠性提高一個到幾個數量級。抗疲勞制造將把中國關鍵構件和機械制造帶入一個長壽命、高可靠、結構減重和經濟可承受性的新時代，一個綠色、環保、人性化和可持續發展的新時代，一個占據國際先進水平和競爭地位的新時代。
抗疲勞制造的核心是表層改性，尤其是高能或高能復合表層改性。但是，在關鍵構件制造廠中，80%以上的工序是切削加工，而切削加工是關鍵構件疲勞強度應力集中效應的誘發者和“三大問題”的主要原因。在關鍵構件制造廠中，很少甚至沒有表層改性工序，更不要說車間，而表層改性，尤其是高能或高能復合表層改性是關鍵構件疲勞強度應力集中效應的抑制者和解決“三大問題”的關鍵技術。實現抗疲勞制造是一場革命，其內涵不僅涉及制造理念、管理理念、制造技術和從業者，還包括制造車間、工藝和工序設置。
展開 汽車結構抗疲勞設計
汽車結構抗疲勞設計
汽車結構抗疲勞設計 2.rar
汽車結構抗疲勞設計 1.rar
焊接結構抗疲勞設計過程中的認識誤區
在使用名義應力法時，該標準寫明要以材料的S-N曲線為基礎，然而焊接結構的疲勞試驗數據已經表明：焊接接頭母材的S-N曲線數據不能代替焊接接頭的S-N曲線數據，其原因也是它們具有不同的力學破壞機理。
在評估疲勞壽命時，該標準使用的是考慮應力比R的“修正Goodman圖”，即認為疲勞強度隨不同的R值變化。后來鐵道部又頒布《200km/h及以上速度級鐵道車輛強度設計及試驗鑒定暫行規定》，然而在這個新的規定中依然將用于金屬材料疲勞的理論與方法用于焊接結構。事實上，英國焊接研究所的疲勞試驗數據早已證明，修正的Goodman圖用來處理焊接結構的疲勞問題是不恰當的，理由是由于焊接殘余應力的存在，平均應力對焊接接頭壽命的影響基本看不到，而金屬材料的疲勞則不是這樣。
正是由于理論認識上的誤導，國內軌道車輛制造工廠的有些設計人員或者決策部門在力圖提高焊接結構的抗疲勞能力時，常傾向于選用屈服強度高的母材，他們誤認為提高屈服強度母材的焊接接頭的抗疲勞能力也必然高。對于金屬疲勞問題，這個觀點是成立的，例如文獻《抗疲勞設計——方法與數據》中曾用試驗數據證明了“材料的疲勞強度與材料的抗拉強度之間有著較好的相關性”，甚至給出了一個近似估算公式。然而對于焊接結構來說，該觀點是不成立的。英國標準BS76081993《鋼結構疲勞設計與評估實用標注》已經用數據明確證明，標準中所提供的S-N曲線數據對屈服強度低于700MPa,例如屈服強度為345MPa的Q345鋼與屈服強度為435MPa的Q435鋼，它們的S-N曲線數據是沒有區別的。關于這一點，國際焊接學會在2008年的標準中，甚至將這個屈服強度范圍提高到960MPa。
展開 焊縫材料抗疲勞斷裂的可靠性計算方法
以焊縫材料疲勞斷裂前裂紋長度為輸出參數,根據金屬材料疲勞斷裂的過程理論,利用可靠性技術中的漂移設計原理,對焊縫材料在一定循環次數下的失效率或給定不失效率的循環次數的可靠性計算方法進行了探討。結合實例,對在給定循環次數和可靠度的條件下,對焊縫材料抗疲勞斷裂強度進行了可靠性設計
焊縫材料抗疲勞斷裂的可靠性計算方法.pdf
焊縫材料抗疲勞斷裂的可靠性計算方法
摘 要:以焊縫材料疲勞斷裂前裂紋長度為輸出參數,根據金屬材料疲勞斷裂的過程理論,利用可靠性技術中的漂移設計原理,對焊縫材料在一定循環次數下的失效率或給定不失效率的循環次數的可靠性計算方法進行了探討。結合實例,對在給定循環次數和可靠度的條件下,對焊縫材料抗疲勞斷裂強度進行了可靠性設計。
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鎖志剛院士《Science》：高強、高韌、抗疲勞的水凝膠！
這些聚合物具有很高的韌性、強度和抗疲勞性能。聚合物浸入水中后，膨脹至平衡狀態，形成的水凝膠具有低滯后、低摩擦和高耐磨性。
圖1 一種凝膠或彈性體，其中糾纏的數量遠遠超過交聯。
圖2 完全膨脹水凝膠的力學行為。
圖3 摩擦和磨損。
圖4 高度糾纏的彈性體。
高糾纏聚合物是理想的承重材料：它們解決了剛性-韌性的沖突，同時實現了高韌性和低遲滯。它們是強壯的，抗疲勞的，透明的。在膨脹時，摩擦系數低，耐磨性高。研究者采用兩種材料系統，說明了高糾纏聚合物的行為。采用類似的方法，研究者還合成并測試了聚丙烯酸水凝膠。高糾纏聚合物的潛在應用包括：耐膨脹凝膠、耐疲勞膠粘劑、低摩擦涂層和透明離子導體等。
展開 深圳大學周學昌課題組JMCA：可回收、可焊接、抗疲勞液態金屬彈性體
經過“機械訓練”后的導體可經受10000次的抗疲勞拉伸測試，且表現出優異的電學穩定性以及抗機械疲勞性。通過該方法還可以調控材料的區域導電能力，從而設計出出各項異性導電材料。此外，DA鍵的動態性質以及液態金屬液滴的光熱轉化效應賦予了該材料具有光致可焊性，可實現電路的重構與修復。同時，利用DA價鍵可逆轉化的特點，該復合材料可以完全溶解在高溫溶劑中，釋放出液態金屬微納米液滴。再通過離心等方式可以分離出液態金屬微納米液滴。最后利用液態金屬液滴表面張力的可調控特點，微納米尺度液滴匯聚成宏觀尺度的液滴，從而實現了從復合材料中回收了微納米液態金屬液滴。
該工作提出了一種制備可回收高性能的液態金屬彈性體納米復合材料的簡單策略。該策略在環境友好型柔性電子、可穿戴電子、各項異性導熱導電材料等領域具有應用前景。論文第一作者為深圳大學與韓山師范學院聯合培養博士后陳國康博士，通訊作者為深圳大學周學昌教授。該工作得到了國家自然科學基金、廣東省基礎和應用基礎研究基金和深圳市深港創新圈聯合研發項目的資助。
論文鏈接：
Recyclable, weldable, mechanically durable, and programmable liquid metal-elastomer composites
Journal of Materials Chemistry A, 2021, DOI:10.1039/D0TA11403K.
展開 斷裂應變超過1240%！光固化4D打印超高力學性能形狀記憶高分子材料
圖 4. tBA-AUD SMP體系的大變形機理
如圖4所示，通過紅外光譜測試、應力松弛實驗和單軸拉伸試驗對比新鮮試樣和10000次疲勞后試樣，以闡釋tBA-AUD-SMP體系的大變形和抗疲勞機理。AUD交聯劑的高分子量和氫鍵的綜合作用賦予了tBA-AUD SMP體系大變形性和抗疲勞性。
圖 5. tBA-AUD SMP三維構件的高度變形能力及其在智能家具中的工程應用
圖 6. tBA-AUD SMP在航空航天中的應用
如圖5和圖6所示，3D打印的 tBA-AUD SMP三維構件具有高度變形能力，在智能家居和航空航天等工程應用中潛力巨大。tBA-AUD SMP的斷裂伸長率遠高于先前報道的各種可3D打印SMP。使用tBA-AUD SMP打印的三維結構具有大變形能力和高承載能力，使其成為制造帶有SMP鉸鏈的智能家具的理想材料。利用tBA-AUD SMP的快速熱響應能力，可以制作用于展開太陽能電池板的智能鉸鏈。通過穿過鉸鏈微孔的電阻絲的加熱，折疊編輯的鉸鏈可在1分鐘之內恢復到筆直狀態，完成太陽能電池板的快速部署。
該項研究開發了適用于DLP打印的大變形-抗疲勞形狀記憶聚合物光敏樹脂，可以滿足各類4D打印工程應用對先進智能材料的高斷裂應變、高抗疲勞能力、高承載能力和適應于先進制造工藝等的綜合要求。
西北工業大學副教授張彪、南方科技大學博士后李紅庚和博士生程健翔為論文共同第一作者。葛锜為論文的通訊作者，南方科技大學為唯一通訊單位。該項研究得到國家自然科學基金、深圳市仿生機器人與智能系統重點實驗室、廣東省普通高校人體增強與康復機器人重點實驗室和陜西自然科學基礎研究計劃等項目資助。
展開 鋁合金在民用飛機關鍵構件上的應用：幫你定位自己的研究方向
與其它系列鋁合金相比，含鎂2000系列鋁銅合金由于Al2Cu和Al2CuMg相的析出而具有更高的強度、更高的損傷容限和良好的抗疲勞裂紋擴展能力。2024和2014是鋁-銅-鎂合金的重要代表。眾所周知，由于不同的加載條件，機身的每個部件都需要不同的材料特性，以實現最佳和可靠的設計。
圖4 2024鋁合金微觀組織
機身受到機艙壓力（張力）和剪切載荷的影響，縱向縱梁由于彎曲而受到縱向張力和壓縮載荷的影響，周向框架必須保持機身形狀并將載荷重新分配到蒙皮中。強度、剛度、疲勞裂紋萌生阻力、疲勞裂紋擴展速率、斷裂韌性和耐腐蝕性都很重要，但斷裂韌性（抗裂紋擴展）通常是極限設計參數。
機翼可被視為懸臂梁，在飛行過程中承受彎曲載荷，同時也承受扭轉載荷。機翼同時支撐飛機的靜態重量和在使用中承受的任何附加載荷。額外的機翼載荷也來自滑行、起飛和著陸過程中的起落架，以及起飛和著陸過程中為了產生額外的低速升力而展開的翼面和板條的前緣和后緣。機翼上表面主要由于飛行時的向上彎曲力矩而承受壓縮載荷，但在滑行時可能承受拉伸載荷。
2024-T3是機身結構中應用最廣泛的合金之一。它具有中等的屈服強度，很好的抗疲勞裂紋擴展和良好的斷裂韌性。2024鋁合金由于其優異的損傷容限和在T3時效條件下的高抗疲勞裂紋擴展能力，仍然是一種重要的飛機結構材料。低屈服應力水平和相對較低的斷裂韌性限制了該合金在高應力區域的應用。眾所周知，夾雜對疲勞裂紋擴展有很大的影響。通過減少雜質，特別是鐵和硅，可以獲得更高的斷裂韌性值和更好的抗疲勞裂紋萌生和擴展能力。
對于機身應用，2524-T3合金的斷裂韌性提高了15-20%，疲勞裂紋擴展抗力提高了2024-T3的兩倍。這種改進可以減輕重量，延長30-40%的使用壽命。在波音777飛機上，2524鋁合金已經取代2024。
展開 南科大頂刊：光固化4D打印超高力學性能形狀記憶高分子材料！
圖 4. tBA-AUD SMP體系的大變形機理
如圖4所示，通過紅外光譜測試、應力松弛實驗和單軸拉伸試驗對比新鮮試樣和10000次疲勞后試樣，以闡釋tBA-AUD-SMP體系的大變形和抗疲勞機理。AUD交聯劑的高分子量和氫鍵的綜合作用賦予了tBA-AUD SMP體系大變形性和抗疲勞性。
圖 5. tBA-AUD SMP三維構件的高度變形能力及其在智能家具中的工程應用
圖 6. tBA-AUD SMP在航空航天中的應用
如圖5和圖6所示，3D打印的 tBA-AUD SMP三維構件具有高度變形能力，在智能家居和航空航天等工程應用中潛力巨大。tBA-AUD SMP的斷裂伸長率遠高于先前報道的各種可3D打印SMP。使用tBA-AUD SMP打印的三維結構具有大變形能力和高承載能力，使其成為制造帶有SMP鉸鏈的智能家具的理想材料。利用tBA-AUD SMP的快速熱響應能力，可以制作用于展開太陽能電池板的智能鉸鏈。通過穿過鉸鏈微孔的電阻絲的加熱，折疊編輯的鉸鏈可在1分鐘之內恢復到筆直狀態，完成太陽能電池板的快速部署。
該項研究開發了適用于DLP打印的大變形-抗疲勞形狀記憶聚合物光敏樹脂，可以滿足各類4D打印工程應用對先進智能材料的高斷裂應變、高抗疲勞能力、高承載能力和適應于先進制造工藝等的綜合要求。
西北工業大學副教授張彪、南方科技大學博士后李紅庚和博士生程健翔為論文共同第一作者。葛锜為論文的通訊作者，南方科技大學為唯一通訊單位。
展開 南科大葛锜/西工大張彪AM：一種用于光固化4D打印的超高力學性能形狀記憶高分子材料
圖 3. tBA-AUD SMP體系的熱力學性能
如圖3所示，通過熱力學性能測試標定了tBA-AUD SMP體系的大變形、形狀記憶和耐疲勞性能。tBA-AUD SMP體系在編輯溫度（80 °C）下具有較低的彈性模量和超高的斷裂伸長率。tBA-AUD SMP 體系具有近乎100%的形狀固定率和良好的形狀恢復率（~90%）。此外，這種SMP材料可以承受超過10000次大變形循環加載（循環應變150%-250%）。
圖 4. tBA-AUD SMP體系的大變形機理
如圖4所示，通過紅外光譜測試、應力松弛實驗和單軸拉伸試驗對比新鮮試樣和10000次疲勞后試樣，以闡釋tBA-AUD-SMP體系的大變形和抗疲勞機理。AUD交聯劑的高分子量和氫鍵的綜合作用賦予了tBA-AUD SMP體系大變形性和抗疲勞性。
圖 5. tBA-AUD SMP三維構件的高度變形能力及其在智能家具中的工程應用
圖 6. tBA-AUD SMP在航空航天中的應用
如圖5和圖6所示，3D打印的 tBA-AUD SMP三維構件具有高度變形能力，在智能家居和航空航天等工程應用中潛力巨大。tBA-AUD SMP的斷裂伸長率遠高于先前報道的各種可3D打印SMP。
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再也不用擔心零件疲勞失效了
金屬材料的疲勞、應力腐蝕、高溫氧化等力學、物理和化學性能，很大程度上取決于材料的表面完整性。所謂表面完整性是指表面粗糙度、表層殘余應力、表層顯微組織、表層致密度和表面形貌等狀態的完好程度。大量的航空零件失效分析表明，屬于疲勞失效的零件約占80%，而材料的表面完整性是影響材料疲勞性能的重要因素之一。
噴丸強化技術是一種材料表面機械冷加工方法，借助高速運動彈丸流或高能沖擊波撞擊材料的表面，使材料表層發生彈塑性變形，呈現較好的表面完整性，從而提高材料的抗疲勞強度、微動疲勞抗力及損傷容限性能的一種表面強化方法。
在航空工業中，航空零件的表面完整性直接影響其使用性能和服役能力，特別是零件的疲勞使用性能。噴丸強化技術通過改變材料表面完整性顯著提高各類航空零部件的疲勞性能，且具有成本低、適應性強和操作方便等優點，在航空領域應用廣泛。
表層殘余應力
噴丸強化在材料表層引入殘余應力場，其中靠近受噴材料表面一側呈現為殘余壓應力，板材單面噴丸強化后的表層殘余應力分布特征曲線如圖1 所示。普遍認為殘余壓應力是提高工程材料抗疲勞性能和抗應力腐蝕性能的重要強化機制，而且殘余壓應力值大小、壓應力層深度對工件疲勞強度或壽命影響顯著。因此，如何實現殘余應力分布特征的調控是該領域重要研究內容之一。
殘余應力分布特征曲線包括5個主要特征參數：表面殘余應力值、殘余壓應力深度、最大殘余壓應力及其位置、最大殘余拉應力。彈丸撞擊材料表面時，通常與材料表面產生近似的赫茲接觸，形成的最大彈性應力出現在材料次表面，所以通常噴丸強化最大殘余壓應力位于次表面。在某些情況下，殘余應力分布特征發生變化，例如噴丸強化采用低密度的玻璃彈丸介質時，由于入射動能小，其噴丸強化鈦合金和鋁合金的最大殘余壓應力值出現在表面。
展開 高熵合金施加循環應力（正弦，三角函數）的分子動力學
高熵合金作為一類新型多主元合金，因其獨特的成分設計理念而表現出優異的力學性能，如高強度、高硬度、良好的耐腐蝕性以及出色的抗疲勞性能。與傳統合金相比，在循環載荷下展現出獨特的位錯運動行為和損傷累積機制，為開發新型抗疲勞材料提供了廣闊的研究空間。疲勞失效是工程結構件的主要破壞形式之一，通常由循環應力（如正弦波載荷）作用下的微觀缺陷（如位錯聚集、裂紋萌生與擴展）逐漸累積所致。分子動力學（MD）模擬能夠在原子尺度揭示高熵合金在循環載荷下的微觀過程，為理解其抗疲勞機理提供重要依據。然而，目前針對高熵合金在正弦波循環應力下的MD研究仍較為有限，尤其是不同成分、溫度及加載頻率對疲勞行為的影響仍需深入探索。本研究擬通過分子動力學模擬，對其開展研究。
1：建立長寬高均為150埃米的正方形盒子，在內部填充Ni、Fe、Cr三種原子：
建立的模型如下圖所示：
初始模型在NPT系綜平衡后，在溫度為800K、周期為50ps，拉伸速率以正弦函數變化，最大拉伸速率為0.05s-1的條件下，使用loop命令循環10次，使用 fix 3 all deform 100 x erate ${speed} remap x units box命令，在x方向進行拉伸。
在lammps中拉伸的命令設置如下
模擬結束之后，在origin中畫出x方向應變隨時間的變化情況：從圖中可以看出應變符合正弦函數。
2：在上述條件下，將正弦函數可調整為三角形，同樣拉伸10次結果下圖所示，同樣驗證良好。
本次模擬主要更改了應變的函數形式，溫度，拉伸頻率，周期都是固定的，后續可通過更改參數，進行更廣泛的研究，如峰值，循環次數，合金成分以及尺寸的影響，也可進一步增加缺陷，探究缺陷對拉伸的影響。
展開 焊接技術用于熱塑性復合材料
該技術所用設備和材料比較低廉，而且焊接結構強度高，剛度好，抗疲勞性能好。
AGC是一家為航空航天和國防提供飛機結構構件、組件及裝配的供應商。最近，AGC公司成功地發明了一種應用于熱塑性復合材料的低成本焊接技術。
國家航空航天技術開發項目，英國皇家復合材料研究中心，TenCate先進復合材料以及勞斯萊斯公司共同資助了‘CoFusion’項目。該項目證實，碳/聚苯硫醚(PPS)復合加熱成形組件運用電阻焊原理可以被可靠地焊接，形成復雜的組裝結構，而不需要填充金屬網格或嵌入物。
據報道，試樣測試表明焊接組件具有一致的高強度和抗疲勞性能。使用的設備和材料都比較低廉，另外，加熱到焊接溫度僅僅需要三分鐘。該技術不僅僅可以用在平面組件上，也可以用于平面板與曲率大組件焊接。AGC公司強調，所有的焊縫都是高質量的，沒有空隙的，并且達到了超聲波無損檢測技術（NDT）規范。
在項目期間，公司運用新焊接技術生產出的三明治板結構跟同樣的鉚接板結構通過抗扭強度以及抗疲勞性能測試比較兩者性能。在測試中，焊接組件有更高的剛度，強度更是5倍的鉚接組件。而且，焊接構件的疲勞性能也很優越，在350000次循環周期內沒有異常，而鉚接部分在50000次循環周期內就出現了損傷。
環氧樹脂固化劑廠家https://www.hongyantu.com/index.php?r=landing/index&id=hysz
展開 蘇州洪碩tpe材料
觸感柔軟，耐候性，抗疲勞性和耐溫性，加工性能優越，無須硫化，可以循環使用降低成本，既可以二次注塑成型，與PP、PE、PC、PS、ABS等基體材料包覆粘合，也可以單獨成型。
蘇州洪碩生產用于制造各類產品的tpe材料
tpe材料觸感柔軟，耐候性，抗疲勞性和耐溫性，加工性能優越，無須硫化，可以循環使用降低成本，既可以二次注塑成型，與PP、PE、PC、PS、ABS等基體材料包覆粘合，也可以單獨成型。
如有意者 即可聯系13616204828
