航空材料的力學行為

內(nèi)容概要

　　《航空材料的力學行為》圍繞航空工業(yè)發(fā)展對材料的需求，重點介紹了近二十年看來北京航空材料研究院在力學性能測試技術(shù)與表征方面取得的一些進展與成果。

書籍目錄

第1章 概論 1.1 航空結(jié)構(gòu)設計思想的演變及其對材料力學性能的要求 1.2 航空材料力學行為的表征與測試技術(shù)簡介 1.3 國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)進展 1.3.1 國外在航空材料力學性能研究及表征和測試技術(shù)的最新進展 1.3.2 北京航空材料研究院材料力學性能研究的進展 1.3.3 未來我國航空材料力學性能研究和表征與測試工作的設想 參考文獻 第2章 高溫結(jié)構(gòu)材料的力學性能測試技術(shù) 2.1 高溫直流電位法裂紋長度測量技術(shù) 2.1.1 高溫電位法的應用背景 2.1.2 電位法的原理和方法 2.1.3 直流電位法應用實例 2.2 熱機械疲勞性能測試技術(shù) 2.2.1 試驗方法及原理 2.2.2 試樣 2.2.3 試驗設備 2.2.4 試驗過程 2.2.5 試驗的終止和中斷處理 2.2.6 數(shù)據(jù)的獲得與處理 2.2.7 熱機械疲勞曲線方程 2.3 金屬材料高溫原位疲勞測試技術(shù) 2.3.1 應用背景 2.3.2 試驗原理和方法 2.3.3 應用實例 2.4 粉末高溫合金剩余疲勞壽命試驗方法 2.4.1 試驗方法及原理 2.4.2 試驗步驟與過程 2.4.3 試驗設備 2.5 金屬板材熱疲勞測試技術(shù) 2.5.1 應用背景 2.5.2 原理和方法 2.5.3 應用實例 參考文獻 第3章 各向同性高溫結(jié)構(gòu)材料的力學行為 3.1 概述 3.2 粉末鎳基高溫合金的常規(guī)力學行為 3.2.1 粉末鎳基高溫合金的周期持久行為 3.2.2 粉末鎳基高溫合金的疲勞裂紋擴展行為 3.2.3 粉末鎳基高溫合金的低周疲勞行為 3.2.4 粉末鎳基高溫合金的熱機械疲勞行為 3.3 輪盤材料的統(tǒng)一本構(gòu)模型 3.3.1 ZSGH4169合金的Chaboche型黏塑性統(tǒng)一本構(gòu)模型 3.3.2 FGH95合金的Chaboche型黏塑性統(tǒng)一本構(gòu)模型 3.3.3 FGH95合金的Bodner-Partom型黏塑性統(tǒng)一本構(gòu)模型 3.4 金屬間化合物合金的力學行為 3.4.1 合金層片組織方向?qū)煨阅艿挠绊?3.4.2 低周疲勞壽命分析 參考文獻 第4章 各向異性鎳基高溫合金的力學行為 4.1 概述 4.2 溫度與取向?qū)煨阅艿挠绊?4.2.1 單晶合金彈性行為 4.2.2 晶體取向及溫度對合金的屈服強度和抗拉強度的影響 4.3 持久／蠕變行為 4.3.1 單晶合金的蠕變強度 4.3.2 單晶合金的蠕變斷裂機制 4.4 低周疲勞行為 4.4.1 單晶合金的循環(huán)硬化行為 4.4.2 單晶合金的循環(huán)拉壓不對稱性 4.4.3 單晶合金的低周疲勞壽命 4.4.4 單晶合金的低周疲勞斷裂機制 4.5 各向異性合金的本構(gòu)模型 參考文獻 第5章 結(jié)構(gòu)鋼在拉扭復合載荷下的疲勞裂紋擴展行為 5.1 概述 5.2 試驗材料與試驗方法 5.2.1 試驗材料 5.2.2 試樣 5.2.3 疲勞試驗方法 5.2.4 J積分的計算方法 5.3 循環(huán)扭轉(zhuǎn)載荷下近門檻值的疲勞裂紋擴展行為 5.3.1 循環(huán)扭轉(zhuǎn)載荷下的裂紋擴展門檻值 5.3.2 近門檻值附近的疲勞裂紋擴展行為 5.3.3 疲勞裂紋尖端的屏蔽效應 5.3.4 材料扭轉(zhuǎn)疲勞強度的評價 5.4 拉扭復合載荷下近門檻值的疲勞裂紋擴展行為 5.4.1 裂紋擴展開始門檻值 5.4.2 拉扭復合載荷下近門檻值的疲勞裂紋擴展行為 5.4.3 疲勞斷口觀察 5.4.4 裂紋擴展開始門檻值模型分析 5.5 拉扭復合載荷下的彈塑性疲勞裂紋擴展行為 5.5.1 疲勞裂紋的擴展行為 5.5.2 疲勞裂紋的擴展機制 5.6 小結(jié) 參考文獻 第6章 小裂紋測試及疲勞全壽命預測 6.1 概述 6.2 小裂紋研究項目簡介 6.2.1 國際合作項目 6.2.2 國內(nèi)研究項目 6.3 小裂紋擴展速率測試 6.3.1 小裂紋擴展速率測試標準 6.3.2 國內(nèi)外標準對比 6.3.3 小裂紋測試與表征的主要技術(shù)問題 6.3.4 da/dN-△Keff基線及（AKeff）th測試技術(shù) 6.3.5 腐蝕環(huán)境下蝕坑小裂紋監(jiān)測技術(shù) 6.4 基于小裂紋擴展的航空材料疲勞全壽命預測 6.4.1 理論依據(jù) 6.4.2 基于小裂紋擴展的航空材料疲勞全壽命預測方法 6.4.3 初始裂紋尺寸ai和ci 6.4.4 材料的da/dN-△Keff曲線和（△Keff）th值 6.4.5 三維裂紋的斷裂力學分析 6.5 疲勞全壽命預測技術(shù)的驗證與應用 6.5.1 航空金屬材料的驗證 6.5.2 含點蝕鋁合金的疲勞全壽命預測 6.5.3 焊接鈦合金的疲勞全壽命預測 6.5.4 噴丸強化鋁合金材料的全壽命預測 6.6 小結(jié) 參考文獻 第7章 腐蝕環(huán)境下力學性能測試技術(shù) 7.1 概述 7.2 腐蝕環(huán)境下高周疲勞測試技術(shù) 7.3 腐蝕環(huán)境下低周疲勞測試技術(shù) 7.3.1 適用于腐蝕環(huán)境的應變規(guī)設計 7.3.2 腐蝕環(huán)境低周疲勞試樣的設計 7.4 腐蝕環(huán)境下裂紋擴展自動測試技術(shù) 7.4.1 腐蝕環(huán)境裝置 7.4.2 柔度法測量腐蝕環(huán)境下的疲勞裂紋長度 7.4.3 柔度法與目測法測量結(jié)果的比較 7.5 腐蝕環(huán)境下典型結(jié)構(gòu)模擬件疲勞試驗 7.5.1 典型結(jié)構(gòu)模擬件的腐蝕疲勞試驗 7.5.2 多位置損傷典型模擬件的疲勞裂紋擴展試驗 參考文獻 …… 第8章 譜載條件下疲勞裂紋擴展行為和損傷容限性能表征技術(shù) 第9章 聚合物基復合材料力學行為 第10章 航空有機玻璃的力學性能研究 第11章 疲勞裂紋起始的數(shù)值模擬模型

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：    2.1.2 電位法的原理和方法 用電位法測量裂紋長度的原理是給含裂紋試樣施加恒定電流，電流流經(jīng)試樣時，通過試樣截面的電壓降隨裂紋尺寸的增加而增加，所以裂紋長度變化引起電位降變化，測量電位降變化數(shù)值，通過分析或試驗來確定對應關(guān)系式，將電位降換算為裂紋長度值。 電位法可以采用直流電，相應地，其方法稱為直流電位法（DCPD），或者使用交流電（交流電位法ACPD）。使用DCPD，在試樣上通恒定直流電，使其在試樣上產(chǎn)生一恒定的、沿厚度均勻的二維電場。使用ACPD，通過試樣的為恒幅交流電（一般為正弦波），對相對較低的頻率（一般小于100Hz）來說，其電場近似為二維；然而對較高的頻率來說，通過試樣產(chǎn)生沿厚度非均勻分布的電流，其電流大小取決于交流電頻率和試樣的磁導率。在高頻率交流電情況下，電流僅出現(xiàn)在試樣表面，這種現(xiàn)象稱為“集膚效應”。對于某些材料，特別是鐵磁試樣，在低于100Hz頻率下，這種表面效應可能是重要的。因此ACPD方法又可以分為兩類：集膚效應可忽略的低頻ACPD法和必須考慮集膚效應的高頻ACPD法。 電位法對采用CT試樣裂紋長度進行測量的方法。當從直流電源輸出的電流通過試樣時，在裂紋的上下表面形成電位差，電位差測量的精度，反映了裂紋長度測量的精度。但是電位差的測量精度受多個因素影響，例如：電流強度、材料電阻率、試樣形狀、材料受力變形和材料的熱膨脹，以及裂紋閉合等因素?？梢愿鶕?jù)它們對所測量電位差的影響，將這些因素分成兩類：一類是來自設備，比如恒流源的穩(wěn)定性、電壓表的分辨率和精度等；另一類來自材料因素，比如材料在受力情況下的局部塑性變形和蠕變變形等引起的電位變化以及溫度引起的電阻率變化，裂紋閉合或裂紋面之間的材料屑使得裂紋面接觸造成的電位變化。除此以外，試樣上的電位降變化還受材料和環(huán)境溫度的影響。如果試驗時間比較長（1h以上），環(huán)境溫度變化所引起的材料的微量膨脹和收縮引起的電位變化以及溫度對電阻率的影響，可能會造成相當于幾十微米的裂紋擴展的假象。在高溫環(huán)境下的疲勞試驗中，溫度的波動范圍比試驗室空氣的溫度變化幅度可能大得多，引起的電位降變化會造成裂紋長度測量的較大誤差。所以，有資料報道，高溫下裂紋長度的測量精度相對比較低。 氧化環(huán)境下試驗的許多材料，在新的裂紋表面上會形成氧化層，可能把裂紋上下表面完全隔離成兩部分，這種情況下，在一個完整的循環(huán)載荷期間，如果無裂紋生長，則穿過疲勞裂紋的電壓降保持恒定。多數(shù)情況下，無法形成完全絕緣的裂紋表面，而且裂紋表面還有可能發(fā)生部分接觸，這種情況下，在載荷達到足夠高使裂紋面完全分開之前，可能出現(xiàn)裂紋面的部分短路，電位降的值比較低，因而導致物理疲勞裂紋尺寸過低估計。如果試驗載荷接近門檻區(qū)，且在接近峰值載荷水平時仍然存在裂紋面短路，這種效應尤為明顯。除非在完整的循環(huán)載荷期間未出現(xiàn)電短路，否則電壓測量應當在接近峰值拉伸載荷時進行。 載荷的頻率影響取決于電位法所采用的電壓測量裝置的頻率特性。一般來說，在電壓測量過程中降低試驗頻率可能是必要的，在某些極端情況下甚至要停止試驗，以確保測量只在峰值載荷下進行。值得注意的是，在最大載荷下測得的電位值并不能確保沒有電短路誤差的存在，有時即使在最大載荷下，裂紋表面之間仍然存在接觸和短路。‘斷裂表面的短路效應可以在試驗之后通過測量斷裂表面的裂紋尺寸來計算。方法之一是，根據(jù)電位測量值和斷裂表面測量值的初始和最終裂紋尺寸，計算出偏差和比例因子。根據(jù)比例因子與a/W（裂紋長度／試樣寬度）的函數(shù)關(guān)系，可以使用線性內(nèi)插法修正中間的電位值。但是該方法不適用于由裂紋尺寸確定力學控制參數(shù)的試驗，如恒應力強度因子試驗。在這種情況下，裂紋尺寸測量誤差可能在施加載荷和所要求的控制載荷之間引起超差。

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