193月

振动时效处理与金属结构件疲劳强度的关系

        对于焊接、铸造等工艺引起的残余应力在工程结构中大量存在,常规设计时,是以焊缝系数来综合计入残余应力及金相组织等的影响的。有关残余应力对结构疲劳强度的影响已开始引起重视。从大量的实验结果可以看到,残余应力的影响不容忽略的。
        残余应力是这种影响可以从断裂力学的理论中得到解释。除了应力强度因子幅值ΔK外,平均应力等因素对疲劳裂纹的扩展也有影响。这种影响在不同循环特性(R=Kmin/Kmax)时,用Paris公式整理的da/dN--ΔK曲线。在同一ΔK值时,R值越大(平均应力越高),da/dN越大。因此,平均应力为压应力时,疲劳裂纹扩展速度率将比平均应力为拉应力时低。这表明了压缩残余应力可以提高疲劳强度。
        从上面的分析中看出,残余应力改变了交变载荷的名义平均应力,从而改变了循环比R。在残余应力和循环应力叠加后未达到材料的屈服强度时,可以这样分析结构的疲劳强度,而一旦残余应力和工作应力之和超过了材料的拉伸屈服强度,则结构中实际的应力循环又是另一种情况,由于材料已进入屈服,因此,实际的应力循环都是从拉伸屈服应力向下变化,而与名义循环比R无关,决定疲劳寿命的是循环幅。将从+ σ2变到σ2-(σ1+σ2)。这是一个很重要的概念,因为,它说明一个原焊接状态接头的疲劳特征只用应力幅值即可表示出来。