腐蝕疲勞
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-08-24
腐蝕疲勞的視頻教程
ABAQUS疲勞分析專題-汽車懸置架疲勞分析-預(yù)制裂紋循環(huán)載荷下的疲勞裂紋擴(kuò)展-腐蝕鋼絲疲勞壽命計(jì)算等
腐蝕鋼絲疲勞壽命計(jì)算 腐蝕是疲勞裂紋擴(kuò)展過程中不可忽視的重要因素，特別是在鋼絲繩等金屬材料中。該模塊將專注于腐蝕鋼絲的疲勞壽命計(jì)算，使用ABAQUS的腐蝕模型來考慮環(huán)境因素對(duì)材料疲勞性能的影響。我們將探討如何通過腐蝕損傷模型描述鋼絲的損傷積累過程，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。課程將講解如何在ABAQUS中進(jìn)行腐蝕疲勞分析，幫助學(xué)員更好地理解和預(yù)測(cè)腐蝕鋼絲在不同環(huán)境條件下的疲勞壽命。
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腐蝕疲勞的實(shí)例教程
如Brooking等[54]的研究表明，當(dāng)單晶CMSX-4合金處于低溫?zé)?em>腐蝕環(huán)境時(shí)，在疲勞載荷峰值處引入60 s的保載會(huì)降低其疲勞壽命，如圖7(a）所示。這是由于疲勞與低溫型熱腐蝕結(jié)合時(shí)，長時(shí)間保載過程可使裂紋張開，使腐蝕性介質(zhì)擴(kuò)散到裂紋尖端，導(dǎo)致裂紋尖端周圍的氧化程度增加，加速了疲勞裂紋擴(kuò)展，從而導(dǎo)致疲勞壽命降低。Chapman等[55]對(duì)單晶CMSX-4合金腐蝕-疲勞的研究中，也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果。Yang等[39,56]對(duì)DZ125合金高溫?zé)?em>腐蝕后低周疲勞行為的研究發(fā)現(xiàn)，長時(shí)間預(yù)腐蝕和疲勞過程中的長時(shí)間保載加速DZ125合金腐蝕-疲勞失效，表面腐蝕層開裂導(dǎo)致裂紋萌生是腐蝕-疲勞失效的主要原因之一，如圖7(b～d）所示。此外，DZ125合金的低周疲勞失效還與熱腐蝕引起的再結(jié)晶、試樣有效面積的減少有關(guān)。如圖7(e）所示，高溫?zé)?em>腐蝕后低周疲勞載荷會(huì)引起合金表面保護(hù)性氧化層的破壞，促使再結(jié)晶發(fā)生，形成許多小晶粒。在低周疲勞載荷作用下，裂紋往往在這些再結(jié)晶晶界處萌生。綜上所述，熱腐蝕后渦輪葉片高溫合金的低周疲勞壽命下降與腐蝕坑、缺陷、氧化/硫化物的形成以及熱腐蝕侵蝕引起的再結(jié)晶等因素密切相關(guān)。
國內(nèi)外雖然針對(duì)渦輪葉片高溫合金熱腐蝕-疲勞性能開展了一定的實(shí)驗(yàn)研究，一定程度上揭示了熱腐蝕對(duì)疲勞失效的影響。然而，這些實(shí)驗(yàn)研究主要是基于對(duì)高溫合金進(jìn)行預(yù)先熱腐蝕然后開展疲勞試驗(yàn)[57,58]，實(shí)驗(yàn)條件與渦輪材料服役環(huán)境（即燃?xì)?海洋環(huán)境耦合的服役環(huán)境）有所不同，不能實(shí)時(shí)反映熱腐蝕與機(jī)械載荷的交互作用。通常，機(jī)械載荷的作用往往會(huì)加速熱腐蝕的發(fā)生，而熱腐蝕又將反過來促進(jìn)渦輪材料在機(jī)械載荷作用下疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展[8,59,60]。
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金屬材料的腐蝕疲勞.part1.rar
金屬材料的腐蝕疲勞.part2.rar
在此受力過程中，每一個(gè)應(yīng)力周期所經(jīng)歷的時(shí)間長短（即頻率）與疲勞關(guān)系甚微，應(yīng)力周期的振幅及累積次數(shù)才是決定疲勞破壞發(fā)生的時(shí)機(jī)；另外，壓縮應(yīng)力不會(huì)造成疲勞破壞，拉伸應(yīng)力才是疲勞破壞的主因。
材料承受反復(fù)應(yīng)力的作用過程
疲勞破壞大致分為兩類︰低周期疲勞（low cycle fatigue）及高周期疲勞（high cycle fatigue）。一般而言，發(fā)生疲勞破壞時(shí)的應(yīng)力周期次數(shù)少于十萬次者，稱為低周期疲勞；高于此次數(shù)者，稱為高周期疲勞。低周期疲勞的作用應(yīng)力較大，經(jīng)常伴隨著結(jié)構(gòu)的永久塑性變形；高周期疲勞的作用應(yīng)力較小，結(jié)構(gòu)變形通常維持在彈性范圍內(nèi)，所以不致有永久變形。
材料疲勞破壞的進(jìn)程分為三階段︰裂紋初始（crack initiation）、裂紋成長（crack growth）、強(qiáng)制破壞（rupture）。材料表面瑕疵或是幾何形狀不連續(xù)處，材料晶格在外力作用下沿結(jié)晶面相互滑移，形成不可逆的差排移動(dòng)，在張力及壓力交替作用下，于材料表面形成外凸及內(nèi)凹，造成初始裂紋。
這些初始裂紋在多次應(yīng)力周期的拉伸應(yīng)力連續(xù)拉扯下逐漸成長，并使材料承載面積縮減，降低材料的承載能力。當(dāng)裂紋成長到臨界長度時(shí)，材料凈承載面積下的應(yīng)力已超過材料的極限強(qiáng)度，此時(shí)的材料強(qiáng)制破壞也就無法避免了。
飛機(jī)結(jié)構(gòu)的疲勞破壞最常發(fā)生于幾何形狀不連續(xù)處，因此在維護(hù)延長服役年限的老飛機(jī)時(shí)，對(duì)一些幾何面積變化較大的位置，如R角、鉚釘孔邊等，都需要特別留意。
展開 國內(nèi)外不銹鋼應(yīng)力腐蝕事故的大量統(tǒng)計(jì)表明，由于氯化物而引起的事故約占80%以上。因此，為解決一般Cr-Ni不銹鋼的氯化物應(yīng)力腐蝕而合理選材就顯得更為重要。
五. 不銹鋼的疲勞腐蝕
1. 現(xiàn)象和識(shí)別：
在介質(zhì)與交變應(yīng)力共同作用下所引起的不銹鋼的破壞稱為腐蝕疲勞。由于不銹鋼多在腐蝕環(huán)境中使用，因此在交變應(yīng)力作用下，所產(chǎn)生的不銹鋼的破壞多為腐蝕疲勞。與一般機(jī)械疲勞相比，不銹鋼的腐蝕疲勞表面上常見明顯的腐蝕和點(diǎn)蝕。腐蝕疲勞既可以是僅有一條裂紋，也可以有多條裂紋并存，這與不銹鋼的腐蝕疲勞既可以在一點(diǎn)又可以在多處生核并擴(kuò)展有關(guān)。不銹鋼腐蝕疲勞裂紋宏觀常見切向何正向擴(kuò)展并多呈鋸齒狀和臺(tái)階狀；微觀上裂紋一般沒有分支且裂紋尖端較鈍。除腐蝕和裂紋外，不銹鋼腐蝕疲勞最重要的特點(diǎn)是斷口上有一般機(jī)械疲勞的各種特征。例如，宏觀斷口較平整，呈瓷狀或貝殼狀，有疲勞弧線，疲勞臺(tái)階，疲勞源等；微觀斷口則有疲勞條紋等。
不銹鋼在任何腐蝕介質(zhì)中均可產(chǎn)生腐蝕疲勞，而沒有介質(zhì)的選擇。
為了驗(yàn)證是否是腐蝕疲勞，還可根據(jù)提高鋼的強(qiáng)度和耐蝕性或排除腐蝕介質(zhì)的作用后，是否仍出現(xiàn)破壞來斷定。如果由于鋼強(qiáng)度提高，不銹鋼疲勞斷裂消失或壽命延長，則可斷定原斷裂為機(jī)械疲勞；如果提高了鋼的耐蝕性或排除了腐蝕介質(zhì)的作用后，不銹鋼疲勞斷裂消失或壽命延長，則可斷定原斷裂為腐蝕疲勞。
根據(jù)斷口特征可以準(zhǔn)確的把應(yīng)力腐蝕與腐蝕疲勞區(qū)別開來。
2. 機(jī)理
目前，不銹鋼腐蝕疲勞的機(jī)理主要有以下幾種模型。
展開 接觸疲勞使零件工作時(shí)噪聲增加、振幅增大、溫度升高、磨損加劇，最后導(dǎo)致零件不能正常工作而失效 。在滾動(dòng)軸承、齒輪等零件中常發(fā)生這種現(xiàn)象。②高溫疲勞 。在高溫環(huán)境下承受循環(huán)應(yīng)力時(shí)所產(chǎn)生的疲勞。高溫是指大于熔點(diǎn)1／2以上的溫度，此時(shí)晶界弱化，有時(shí)晶界上產(chǎn)生蠕變空位，因此在考慮疲勞的同時(shí)必須考慮高溫蠕變的影響。高溫下金屬的S-N曲線沒有水平部分 ，一般用 107～108次循環(huán)下不出現(xiàn)斷裂的最大應(yīng)力作為高溫疲勞極限；載荷頻率對(duì)高溫疲勞極限有明顯影響，當(dāng)頻率降低時(shí)，高溫疲勞極限明顯下降。③熱疲勞。由溫度變化引起的熱應(yīng)力循環(huán)作用而產(chǎn)生的疲勞。如渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子、熱軋軋輥和熱鍛模等，常由于熱應(yīng)力的循環(huán)變化而產(chǎn)生熱疲勞。④腐蝕疲勞。在腐蝕介質(zhì)中承受循環(huán)應(yīng)力時(shí)所產(chǎn)生的疲勞。如船用螺旋槳、渦輪機(jī)葉片 、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪等，常產(chǎn)生腐蝕疲勞。腐蝕介質(zhì)在疲勞過程中能促進(jìn)裂紋的形成和加快裂紋的擴(kuò)展。其特點(diǎn)有 ：S-N曲線無水平段；加載頻率對(duì)腐蝕疲勞的影響很大；金屬的腐蝕疲勞強(qiáng)度主要是由腐蝕環(huán)境的特性而定；斷口表面變色等。 發(fā)展趨勢(shì) 飛機(jī)、船舶、汽車、動(dòng)力機(jī)械、工程機(jī)械 、冶金、石油等機(jī)械以及鐵路橋梁等的主要零件和構(gòu)件，大多在循環(huán)變化的載荷下工作，疲勞是其主要的失效形式。因此，疲勞理論和疲勞試驗(yàn)對(duì)于設(shè)計(jì)各類承受循環(huán)載荷的機(jī)械和結(jié)構(gòu)，成為重要的研究內(nèi)容。疲勞有限壽命設(shè)計(jì)中進(jìn)行壽命估算，必須了解材料的疲勞性能，以此作為理論計(jì)算的依據(jù) 。由于疲勞壽命的長短取決于所承受的循環(huán)載荷大小，為此還必須編制出供理論分析和全尺寸疲勞試驗(yàn)用的載荷譜，再根據(jù)與各種疲勞相適應(yīng)的損傷模型估算出疲勞壽命。疲勞理論的工程應(yīng)用，經(jīng)歷了從無限壽命設(shè)計(jì)到有限壽命設(shè)計(jì)，有限壽命設(shè)計(jì)尚處于完善階段。發(fā)展趨勢(shì)是：①宏觀與微觀結(jié)合，探討從位錯(cuò)、滑移、微裂紋、短裂紋、長裂紋到斷裂的疲勞全過程 ，尋求壽命估算各階段統(tǒng)一的物理-力學(xué)模型 。
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腐蝕疲勞的最新內(nèi)容
環(huán)境模擬： 側(cè)重于戶外惡劣環(huán)境，如溫度交變、濕度、鹽霧腐蝕等，這些環(huán)境因素會(huì)與機(jī)械載荷耦合，顯著加速材料疲勞（即腐蝕疲勞）。
定制化關(guān)鍵： 測(cè)試方案的核心是精確復(fù)現(xiàn)實(shí)際工況載荷譜。需要基于現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，構(gòu)建高度逼真的載荷-時(shí)間序列，并在伺服液壓試驗(yàn)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)多通道協(xié)同加載，以驗(yàn)證整個(gè)結(jié)構(gòu)件的整體壽命。
如何給汽車零部件進(jìn)行疲勞耐久測(cè)試？11個(gè)月前
3.環(huán)境耦合與多物理場測(cè)試
腐蝕 - 疲勞協(xié)同測(cè)試：在鹽霧箱內(nèi)對(duì)底盤部件（如鋁合金控制臂）施加循環(huán)載荷，同步監(jiān)測(cè)腐蝕速率與裂紋擴(kuò)展（如 NSS 鹽霧試驗(yàn) + 10Hz 拉伸載荷，評(píng)估沿海地區(qū)車輛的部件壽命）。
依據(jù)不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)，疲勞現(xiàn)象通常可歸類為三種主要類型：熱疲勞、腐蝕疲勞以及機(jī)械疲勞[72]。其中，機(jī)械疲勞在工程實(shí)踐中最為常見。若以應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為依據(jù)，機(jī)械疲勞可細(xì)分為高周疲勞與低周疲勞[73]。高周疲勞與低周疲勞的劃分通常依據(jù)材料所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)來確定[74]。當(dāng)循環(huán)次數(shù)少于10?次時(shí)，被定義為低周疲勞；相反，若循環(huán)次數(shù)超過10?次，則歸類為高周疲勞。
</p><p><br></p><p>得益于復(fù)合材料質(zhì)量輕、強(qiáng)度大、抗腐蝕耐疲勞等特點(diǎn)，復(fù)合材料在航空器上的使用越來越高，商飛C929飛機(jī)復(fù)合材料使用率達(dá)到了50%以上，eVTOL對(duì)輕量化的要求更高，復(fù)合材料使用率將達(dá)到70%甚至更高。
擠壓后材料產(chǎn)生冷作硬化，零件表面硬度較高，耐磨性、抗體腐蝕性、抗疲勞性較好。
2、冷擠壓屬于少、無切削加工，節(jié)省原材料；
3、冷擠壓是利用模來成形的，其生產(chǎn)效率很高
4、通過冷擠壓工藝可以加工其它工藝難于加工的零件。
文章來源：
http://www.hangzhouaoda.com/
由于復(fù)合材料強(qiáng)度高、剛度大、質(zhì)量輕、具有良好的可設(shè)計(jì)性，與傳統(tǒng)金屬相比，可以在同等性能條件下大幅減重，為安裝、運(yùn)輸都提供了巨大的方便；且復(fù)合材料具有更好的耐腐蝕、疲勞性能，具有良好的發(fā)展前景。復(fù)合材料具有各向異性的特性，即使是同一種材料，不同的鋪層設(shè)計(jì)也會(huì)導(dǎo)致其性能上的差異，所以研究復(fù)合材料的性能具有十分重要的意義。
、疲勞失效及第三方施工破壞而引起的泄漏、爆炸。
目前，國內(nèi)外對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)熱端部件熱腐蝕-疲勞失效機(jī)理有了初步的認(rèn)識(shí)，針對(duì)熱端部件材料開展了熱腐蝕機(jī)理研究、熱腐蝕-疲勞失效機(jī)理研究以及熱腐蝕-疲勞壽命預(yù)測(cè)，并取得了初步的成果。
研制時(shí)效處理方式的目標(biāo)也是使鋁合金更高強(qiáng)、更高韌、更高的耐腐蝕和抗疲勞等高綜合性能，熱處理狀態(tài)開發(fā)則沿著T6到T73到T76到T736到T77的方向發(fā)展，時(shí)效處理方式則是從峰值時(shí)效發(fā)展到過時(shí)效再到回歸再時(shí)效處理進(jìn)行順序發(fā)展。
時(shí)效溫度和時(shí)間對(duì)時(shí)效強(qiáng)化的效果都有影響，不同的時(shí)效處理工藝可以直接影響鋁合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率及晶間腐蝕等級(jí)。
微動(dòng)磨損指受壓配合面在微小幅度的振動(dòng)下發(fā)生的磨損現(xiàn)象，是一種復(fù)合磨損（粘著、磨粒、疲勞、腐蝕）。
