外文翻译-基于疲劳失效两个阶段和不同测试的金属强度特性

XX 大学毕业设计文献翻译与原文题目： 基于疲劳失效两个阶段和不同测试的金属强度特性 学 院： 测试与光电工程学院专业名称： 测控技术与仪器班级学号： 学生姓名： 指导教师： 二 Oxx 年 三 月 基于疲劳失效两个阶段和不同测试的金属强度特性(1 - 5)所示,当疲劳破坏过程分为两个阶段时,它是能给出一个更加完整的特性关于金属的强度特性被用于机械部件的制作以及支持元素的结构。随机超载发生在金属组件频繁地变量加载的操作过程中，宏观疲劳裂纹的存在(甚至是极小的裂纹)，都将导致严重的错位和故障。因此有必要来计算强度以确定耐久性和金属在失效的最后阶段以及宏观疲劳裂纹形成阶段强度的限制。为了阐明周期和载荷对结构金属疲劳特性的影响，此时假设疲劳失效过程分为两个阶段，被测试的矩形截面测试块材质为 45 号钢、材质 ST3KP 钢以及AV 型铝合金，再用圆形截面半径为 6 的高强度球墨铸铁制作成测试块一起进行实验获取数据。这些材料的力学性能如表 1 所示。为了研究疲劳断裂与完整尺寸而非圆形截面的关系，使用的矩形测试块被切割成宽度 b 为 24 毫米 ,高度 h 为 90 毫米。与端面夹持处之间的距离 L 为700 毫米（图 1）。选择金属进行静态测试的一部分是对五种不同的连接方式得到的 45 号钢加载轴向拉力（dH = 10mm，L 工作= 5 dH,板块沿轧制方向的截面为25x100 mm）。得到的结果显示,金属的硬度发生变化时，金属的强度和塑性特性也发生明显的变化。(图 2)。图 1.试块的草图表 1、材料的力学性能研究图 2.截面为 25*100mm 的 5 种不同刻槽深度的力学性能中的表面硬度 HB 的值。用于疲劳测试测试块是刻槽深度为 142mm 和 145mm 的金属牌，它们是静态测试数据（见表 2）结果为不同条件下的硬度值（HB=187kgf/m和HB=217kgf/m）测试块截面的中间部分为圆形。此项测试实验是用不对称系数 的 2DM-Pu-110t 液压脉冲机进行，它的加载频率为 300 转/分钟，并以最大强度不断对测试块进行弯曲实验。未经实验的测试块（黑色标记）表面是由 45 号钢（图 1b）4x30 的薄片以及ST3KP 钢（图 1c）组成，厚度均为 11.7mm.表 2.测试块在不同测试条件下的失效强度（或强度极限）的材料研究中的平均值、标准差和偏差系数。AV 型铝合金（见表 1）测试块的外形、尺寸都经统一剪裁，表面光滑，ST3KP 钢的测试块也应该保持一致，不同的是 ST3KP 钢测试块的高度 h 为 3mm并且切成半径 r 为 0.5mm.后者的应力集中的特点更加贴近工件的预期。高 11.7mm 的测试块在 MUK-100 机型中进行测试，而 3-4mm 高的测试块用MUP-150 机型并保证位移和振幅不变仅进行弯曲的对称循环，它的加载频率为1500 转/分钟。弯曲的时刻有弹性测力计来决定。直接监测测试块截面处压力的矩形盒子装满了线电阻发射器以及一个电子拉压计，用于获取当压力正负周期变换时压力的平均值。宏观疲劳裂纹的萌生和发展用 20 倍放大镜进行观察。测试块中钢的大规模测试进行了 次。光滑的 AV 铝合金测试块使用对称周期进行了测试， 次，而经挖空的测试块使用非对称加载测试周期 和一个平均应力常数 =5.0 。图 3,45 号钢测试块在不同的测试条件下失效强度（或强度极限）振幅的分布函数。(实线代表长度为 0.1 - -0.5 毫米宏观裂纹的形成阶段,虚线代表最终材料失效阶段;链状的点代表一条近似线)。我们绘制金属的疲劳曲线来得出失效概率参数，正如最初的疲劳曲线绘制是由普通的方法并选择他们的压力水平进行大规模测试。我们根据获得的疲劳曲线的斜率来选定对测试块进行实验的 5 到 7 个压力水平，每种类型测试块都进行实验，每个压力水平选取 10 到 25 个测试块参与实验。测试结果的分析方法在8中给出。P n 坐标图描述了整个过程，疲劳曲线对应的坐标 大致等同于宏观裂纹形成的长度 0.1 - -0.5mm 或大致等效为最终失效的2、5、10、20、30、50、70、90、95 和 98%。不同的测试条件下绘制的失效概 坐标图被用来描述失效强度（或强度极限）。这些函数的组合图是在正态概率纸上改建的。例如图 3 是 45 号钢刻槽深度为 142mm 测试块类型的图表,图 3 b 是 45 号钢刻槽深度为 145mm 测试块类型的图表。研究中其他所有金属参考它们的平均失效压力 以及它们被发现的标准偏差 也能绘制类似的曲线。根据9给出的我们可以知道平均值 由对应的分位数 确定而标准偏差 不同，它的压力在分位数 Up+5 = 6 和 Up+ 5 = 5 之间。我们发现了失效的压力系数变化的表达式。表 3。在不同实验条件下，减小相关强度极限，对宏观裂纹形成阶段和最终破坏阶段所得的数据进行百分比的比较。图 4。在测试块的研究中 和 的关系:a)45 号圆钢;b)表面未加工 (黑色):c)AV 铝合金;e)高强度铸铁(实线表示对测试块单边弯曲, 实线表示对测试块单边旋转)s1)强度限制。图 5。关系图:1) 和 ;和 b) 45 号钢矩形剖面刻槽深度 142mm 测试块:b = 7 毫米 ;h = 90 毫米;L =500 毫米 , ;r = 120 毫米; 。失效压力(或强度极限)的离散特性如表 2 所示,而获得的相关数据方法是依照比例减小加载强度, 在各种测试条件形成的长为 0.1 -0.5 毫米的宏观裂纹形成阶段和最终失效阶段的压力值以及失效概率如表 3 所示。疲劳曲线的绘制参考以下三点，绝对压力值以及周期的数量，并且宏观裂纹萌生阶段周期数的平均值与最终失效阶段周期数的平均值之比(无量纲)与相应压力水平 (或过载 )依照9中的数据可以得到如下等式: （1）式中 是设定的压力值， 是对称周期加载下强度极限的平均值。非对称周期加载情况如右手边的等式（1）所示，相应的压力水平借助压力振幅比表示，式中 表示设定的压力振幅， 表示到达强度极限时振幅的平均值。依据等式(1)我们可以估算出金属在宏观疲劳裂纹萌生阶段的寿命，这不仅关系到实验过程中的压力水平，同时取决于测试块整个反应截面处宏观疲劳裂纹由最初的 0.1-0.5 毫米发展到最终失效的那部分时间。由图 4 可以看出，此项研究的所有金属的 都有等式(1)这样的关系，同时可以得出高强度铸铁的最大失效加载面积:（2）表 4。宏观裂纹临界长度 和区域 的离散特性，断裂应力振幅 以及尺寸为 24 x 90 x 700 毫米刻槽深度 145mm 的 45 号钢测试块应力强度因子 K c (s.1 表示强度极限)。从图 4 可以得出结论,使用同样的压力水平相同周期对测试块进行实验，未经过加工的完整测试块相比有刻槽深度为 142mm 的测试块的宏观疲劳裂纹发展得更快寿命更短，刻槽深度为 145mmm 的测试块也有类似结论。这也就关系到相同金属材料不同刻槽深度的测试看失效的不同特性(如下所示)。运用方程(1)，说明 比率相同的情况下，光滑的带不平整刻痕的 45 号钢测试块 (见图 4 b)相比带圆形刻痕的 45 号钢测试块在刻槽深度均为 145mm，观察到处于工作周期内（最终失效前）前者宏观裂纹的发展更为迅速。但相比一个表面光滑的未经加工的材质 ST3KP 钢（h=4mm）测试块与一个同样是表面光滑未进行加工的 45 号钢测试块，相同压力水平并且不断增大压力的情况下， 观察到处于工作周期内（最终失效前）宏观裂纹的发展比圆形测试块更为迅速。运用方程(1)，有表面光滑且经剪裁（ ）的 AV 合金（见图 4c）测试块，当物质的性质改变时，曲线以及宏观裂纹萌生（长 0.1-0.5mm）到最终贯穿测试块的整个反应截面的失效过程都发生变化。例如,对处于使用寿命周期内但是带有宏观裂纹的测试块使其处于一定的压力水平，它的裂纹增加量不到 10%，而一个经过剪裁的测试块同样实验条件下却达到了 48%。对于 的物质，它们对应的值分别为 19%和 76%，而 的物质，它们对应的值分别为 43%和 88%.方程(1)绘制的圆形截面(见 Fig. ld-f)高强度铸铁测试块的横断面直径范围为 8 dH 45 毫米,应力集中系数范围为 ，见图 4 d。很明显,随着集中应力水平增加直径 dH = 8 毫米且比率 的测试块在早期阶段测试中宏观疲劳裂纹就开始萌生。表 5。24 x 90 x 700mm 的 45 号钢测试块(刻槽深度为 142mm)在不同的压力水平作用下疲劳失效两个阶段的使用寿命。在这种情况下, 这种带有宏观裂纹的测试块的工作时间(使用周期内)也是在相应增加。测试块的绝对大小增加它的使用寿命也增加。最早发现宏观疲劳裂纹是观察悬臂的弯曲和旋转，光滑测试块( = 8mm, r = 30 mm, = 1.0) 最初的宏观裂纹长度为 0.1 - 0.5 毫米,被发现当到达使用寿命的 21%时相对压力水平为 = 1.1，当处于整个使用寿命的 8.5%时相对压力水平为 = 1.4。对于这些相同大小的圆形截面高强度铸铁，由图 4 e 可以得出等式(2)。可以看出,增大最大应力它们性质的改变体现在不同大小的并带有宏观疲劳裂纹测试块的使用寿命(循环周期) 增大。图 5 可由方程式 (1)和(2)得出，利用尺寸为 7 x 90 x 500mm 的 45 号钢(刻槽深度为 142mm)测试块在应力范围 1 7.3 和相对应力幅度范围为1.0 2.0，依据之前陈诉的对 24 x 90 x 700 毫米测试块实验的正常方法来获取数据结果并绘制图形。可以看出，带有宏观疲劳裂纹的钢在操作过程中等式（1）或性质发生变化与圆截面高强度铸铁测试块的变化(见图 4 d)是一样的，它的使用寿命（工作周期）都会增加。等式 (2)在图 4e 和图 5 b所示的关系显示, 两种相同类型的金属的变化表明作为应集中力和最大压力水平的函数比率 可能会大幅减小。例如高强度铸铁的 = 2.4 时，比率降低到 0.4,而对于 45 号钢，当 = 2.8 时,比率降低到 0.3， = 7.3 时比率降低到 0.1。这些数据显示,失效主要集中在中、高应力区，宏观裂纹的传播区域是在整个测试块(或组件)。对完整测试块的实验指出,标记了临界疲劳宏观裂纹长度 的不同槽深的45 号钢测试块,与其余没有发生宏观失效测试块是不同的。各种钢(142 年融化)的测试块，当宏观疲劳裂纹继续增大时,记录的长度 l 有可能上升到临界长度 为 75 - 80 mm。然后剩下的部分失效,断裂的表面露出纤维结构。我们可以观察到槽深为 145mm 以及槽深为 142mm 钢的测试块的宏观疲劳裂纹长度相比临界长度 小得多时（测试块关键部位的临界强度 由正在长大的宏观裂纹决定），瞬时断裂的保留的部分也能被观察到。在这种情况下,测试块上断裂表面的残余部分为晶体结构。观察到达关键的宏观裂纹长度(或地区)这种类型的测试块残余部分疲劳宏观裂纹发展和最后断裂，得出所有槽深为 145mm 钢的测试块实验过程中： =26.25，23.14 或 22.25kgf/m 。根据（10-12）中的数据，具有相同类型以及本身带有宏观疲劳裂纹的测试块发生过载时，能观察到类似的失效状况。图 6。分布图:a)关键宏观裂纹长度;b)关键宏观裂纹区域;c)压裂致失效的应力振幅;d)2490700mm 槽深 145mm 45 号钢测试块的应力强度因素, 1) = 26.25 kgf/m;2) = 23.14kgf/m;3) = 22.25 kgf/m。分析测试块宏观裂纹的生长和最终断裂,比如槽深为 145mm 且硬度 HB = 217 kgf/m的 45 号钢测试块当循环积累了一定的伤害时就进入了一个脆弱的状态。在这方面,可以使用的疲劳实验结果和显微镜观察的数据来估算相应槽深的钢的测试块抗脆性破坏应力强度因子 。为了计算 的值 ,加载过程中记录光测试块的瞬时失效挠度图和关键的宏观疲劳裂纹尺寸几何图形，几何图形是测试块失效表面与相对应10-13 确定的。运用方程来解决线性失效力学，我们运用方程对测试块中间跨度的位置（三点弯曲）加载一个弯曲方向的力时发现应力强度的影响因素，具体8，14,15中有解释：(3)当负载 加到测试块时， ,L 是梁的长度(或支持物之间的跨度),H 为测试块的厚度，B 是梁的高度,l 是宏观裂纹的长度(或在过渡到一个不稳定的状态时关键的宏观裂纹长度)。的值受两方面影响:没有考虑裂纹尖端的塑性应变,同时又将这一特性带入实际统计。图 7。测试块断裂 =16 mm， = 338 m, = 33.5 kgf/m;b) = 2 1 mm， = 462 m， = 34.3 kgf/m;c) = 34 mm， = 790 m，= 40.5 kgf/m。（4）这里定义测试块未经加工部分的失效压力 ，经过加工（削弱作用）部分的失效压力为 ，有以下方程式：（ 5）式中 表示槽深为 145mm 的 45 号钢的屈服点。为了确定研究中具有分散特性的具体数值，测量断裂处宏观裂纹痕迹长度，测试块预断裂部分没有宏观裂纹覆盖，分析数据选取三个不同压力水平对 10 个测试块进行疲劳实验从而获得应力强度因子。概率被应用于宏观裂纹临界长度 临界区域 ，断裂前的压力振幅，应力强度因子 （不考虑裂纹尖端的塑性）见图 6。90%置信区间内具有分散特性的数值的平均值、标准偏差以及这些值的变异系数如表 4 所示。为了得到长度为 0.1-0.5mm 的宏观裂纹，并最终使槽深为 145mmd 45 号钢测试块最终失效，加载的周期数应有所提高，具体参考表 5。依据表 4 给出的数据，我们可以得到应力强度因子的平均值的散布图，最终失效的压力振幅的散布图，以及宏观裂纹的长度、区域的散布图。因此，在三种不同压力水平下测定的 平均值的偏差为 1.0-1.5%，而同样情况下 (平均值)的偏差为 8.5-16%。用变异系数的平均值得到的关键宏观裂纹的长度 的值是相似情况下获得的应力强度因子 值的 2.1-4.4 倍。使用寿命的估算（见表 5）, 0.1 -0.5 毫米的宏观裂纹的长度随着加载在测试块上的周期数的增加而变大，包括=1.23 达到最大值的情况。还必须指出的是,所有的测试块加载三种应力水平时的特性为线性，同时表现为脆性(见图 7)。这些数据表明, 尖端宏观裂纹的塑性与大量尺寸较小的宏观裂纹相关。这也是我们假定尺寸为 2490700mm 的测试块的 值来确定试件变形的条件。结论1当疲劳断裂过程分为两个阶段，且我们有足够多各种形状的测试块用于实验而光滑的更少时，最大极限强度的差异表现在测试周期范围为 。当测试周期数增大到 - 2 时这种差异减小。2不同的应力集中,当压力水平及其应力集中程度提高时，测试块在使用寿命（工作周期）内宏观裂纹的增长应独立于测试块的形状和绝对尺寸之外。3硬度 HB = 2177 kgf/m 、宽 24mm、高 90mm 的 45 号钢测试块最终断裂是脆性条件下循环积累伤害的结果，硬度 NB = 187 kgf/m的钢都有相似的结论。4尺寸为 24 90 700mm 且硬度 HB = 217 kgf/m的 45 号钢测试块的应力强度因子与该测试块关键宏观裂纹长度具有相类似的分布情况。5应力强度因子平均值的变异系数(忽略断裂裂纹尖端的塑性) 是强度极限应力振幅 的 3-4 倍，此时测试块是尺寸为 24 90 700mm 且硬度 HB = 217 kgf/m的 45 号钢。