预循环应力对高速列车关键结构用铝合金材料疲劳裂纹扩展行为的影响

摘要

对服役多年的高速列车关键结构用铝合金材料进行断裂力学性能测试,探究其稳态扩展区域和近门槛值区域的疲劳裂纹扩展行为,阐释服役材料力学行为的变化规律。鉴于服役材料疲劳裂纹扩展行为的折线特征,开展不同水平预循环应力作用下的断裂力学实验研究,剖析预循环应力对材料断裂力学性能"锻炼"效应的影响,建立合理的寿命预测模型,并与实测数据进行对比。研究表明:服役材料在稳态裂纹扩展阶段的疲劳裂纹扩展行为呈折线特征,近门槛值区域的延迟扩展行为是促使折线现象产生的原因;经历预循环应力作用后,材料疲劳裂纹扩展速率与应力强度因子范围(da/d N-ΔK)的关系曲线在稳态裂纹扩展的初期阶段呈现类似服役材料的折转行为;不同水平的预循环应力对材料断裂力学性能的"锻炼"效果不同,存在能够使材料达到最佳"锻炼"效果的预循环应力水平;对于折转型da/d N-ΔK关系曲线,本工作所建立的计算模型能够更加准确地预测材料的疲劳裂纹扩展寿命。