一種基于鎂合金試件表面溫度特征的疲勞分析方法
【專利摘要】一種基于鎂合金試件表面溫度特征的疲勞分析方法，屬于鎂合金材料力學(xué)性能的【技術(shù)領(lǐng)域】，其特征在于是一種針對(duì)鎂合金在疲勞載荷作用下試件內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻，由于彈塑性變形作用使得試件表面溫度發(fā)生變化，得到試件表面的溫度與局部應(yīng)力關(guān)系曲線；通過(guò)分析曲線形狀特征，確定疲勞試件的受力情況，進(jìn)而求得鎂合金的疲勞極限，該方法無(wú)需對(duì)試件加載至發(fā)生疲勞失效或特定的循環(huán)周次，僅需3分鐘的疲勞加載就可以快速確定疲勞試件內(nèi)應(yīng)力與鎂合金疲勞極限之間關(guān)系，具有方便、快捷、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種基于鎂合金試件表面溫度特征的疲勞分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一種基于鎂合金試件表面溫度特征的疲勞分析方法，屬于鎂合金材料力學(xué)性能的【技術(shù)領(lǐng)域】。具體涉及一種鎂合金疲勞試件表面溫度特征的快速疲勞分析方法的技術(shù)方案。
【背景技術(shù)】
[0002]疲勞與斷裂是引起工程結(jié)構(gòu)失效的最主要原因，工程結(jié)構(gòu)中因疲勞斷裂事故引起的失效占失效總數(shù)的80 %以上，一旦發(fā)生疲勞破壞事故，往往給人們的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)災(zāi)難性的損失。多年來(lái)，人們?cè)谄诂F(xiàn)象的觀察、疲勞機(jī)理的研究、疲勞壽命的預(yù)測(cè)和抗疲勞設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展等方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。目前的疲勞研究主要依靠試驗(yàn)手段對(duì)金屬材料的疲勞性能進(jìn)行分析和檢測(cè)，然而這些疲勞試驗(yàn)方法存在著試驗(yàn)周期長(zhǎng)、試件消耗大、數(shù)據(jù)離散等不足，這些都為獲取材料的疲勞性能帶來(lái)了一定的困難。
[0003]鎂合金作為新型的結(jié)構(gòu)材料，在服役過(guò)程中往往承受疲勞載荷，目前其疲勞性能主要是通過(guò)試驗(yàn)手段獲得。傳統(tǒng)的疲勞試驗(yàn)方法通常將疲勞試件在IO7循環(huán)周次內(nèi)是否發(fā)生疲勞失效作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，即需要對(duì)待測(cè)試件進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的循環(huán)加載，如果在達(dá)到特定的循環(huán)周次前發(fā)生疲勞失效，說(shuō)明施加的載荷可能高于材料的疲勞極限；反之，達(dá)到特定的循環(huán)周次不發(fā)生疲勞失效，說(shuō)明施加的載荷可能低于材料的疲勞極限；通過(guò)對(duì)以上獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析才能獲得材料的疲勞極限；這種疲勞試驗(yàn)方法，在單根試件上就需要較長(zhǎng)的試驗(yàn)周期，并且為了獲得可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行多組試驗(yàn)，因此，目前的試驗(yàn)方法不僅耗費(fèi)大量時(shí)間，而且耗費(fèi)大量試驗(yàn)材料。
[0004]最近，一種基于紅外熱成像預(yù)測(cè)鎂合金構(gòu)件疲勞極限的系統(tǒng)和方法(申請(qǐng)?zhí)?201210549354.2)被提出，該方法利用紅外熱像儀監(jiān)測(cè)鎂合金在疲勞試驗(yàn)過(guò)程中試件表面的溫度變化，對(duì)比不同應(yīng)力水平下試件表面的溫升值，進(jìn)而確定鎂合金的疲勞極限。與目前的疲勞試驗(yàn)方法相比，該方法無(wú)需將試件加載至發(fā)生疲勞失效或完成全部IO7周次循環(huán)加載，在一定程度上節(jié)省了試驗(yàn)時(shí)間。然而，該方法只強(qiáng)調(diào)了不同應(yīng)力水平下試件表面溫升值的差異，并沒有準(zhǔn)確給出鎂合金試件在特定應(yīng)力水平下所表現(xiàn)出的具體特征，需要進(jìn)行多組試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比才能得到疲勞極限，試驗(yàn)過(guò)程不夠簡(jiǎn)便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明一種基于鎂合金試件表面溫度特征的疲勞分析方法，其目的在于是針對(duì)【背景技術(shù)】的狀況，借助于紅外熱像儀，提供一種僅對(duì)單個(gè)試件加載至彈塑性變形范圍內(nèi)的疲勞試驗(yàn)方法，對(duì)于鎂合金試件僅需3分鐘的疲勞加載就可以快速確定疲勞試件內(nèi)應(yīng)力與鎂合金疲勞極限之間關(guān)系的疲勞分析方法，
本發(fā)明一種基于鎂合金試件表面溫度特征的疲勞分析方法，其特征在于是一種借助于紅外熱像儀，僅對(duì)單個(gè)鎂合金試件加載至彈塑性變形范圍內(nèi)，僅需3分鐘的疲勞加載就可以快速確定疲勞試件內(nèi)應(yīng)力與鎂合金疲勞極限之間關(guān)系的疲勞分析方法，該方法的具體步驟如下:
使用的化學(xué)物質(zhì)材料為:鎂合金板、乙醇、黑色啞光漆和砂紙，其準(zhǔn)備用量如下:以毫米、毫升為計(jì)量單位
鎂合金板:AZ31B320 mm X 100 mm X 10 mm 4 塊
黑色啞光漆500 mL± IOmL
乙醇:C2H5OH500 mL± IOmL
砂紙:SiC 800 目276 _Χ0.5 _X230 _ 2 張
砂紙:SiC 1000 目276 mmX 0.5 mmX 230 mm 2 張
砂紙:SiC 1500 目276 mmX 0.5 mmX 230 mm 2 張
1)試件加工及準(zhǔn)備
①采用線切割方法將鎂合金板加工為變截面的疲勞試件，使得在疲勞加載過(guò)程中試件標(biāo)距內(nèi)應(yīng)力隨截面積增大而減小，呈不均勻分布；
②用砂紙打磨疲勞試件,使試件表面及線切割加工面光滑,要求試件正反面及線切割加工面的粗糙度達(dá)Ra0.32-0.63 μ m ;
③用乙醇擦洗疲勞試件,使試件表面潔凈；
④在疲勞試件測(cè)溫表面涂一層黑色啞光漆，以增加熱反射率；
2)加載試件及測(cè)溫準(zhǔn)備
調(diào)整好疲勞試驗(yàn)參數(shù)，循環(huán)特征系數(shù)為0.1，諧振頻率為100 Hz，開始將疲勞試件加載在疲勞試驗(yàn)機(jī)上，同時(shí)將紅外熱像儀置放于距離試件測(cè)溫表面800 mm處，調(diào)節(jié)紅外熱像儀焦距，保證疲勞試驗(yàn)過(guò)程中錄制的溫度圖像清晰；
3)疲勞試驗(yàn)
對(duì)待測(cè)試件在不同應(yīng)力水平下進(jìn)行循環(huán)加載，同時(shí)使用紅外熱像儀對(duì)試件表面溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采集試件表面溫度特征數(shù)據(jù)，并儲(chǔ)存鎂合金試件表面的疲勞熱像圖；
4)數(shù)據(jù)處理及分析
①分析紅外熱像儀測(cè)得的試驗(yàn)結(jié)果，提取試件在疲勞載荷作用下的溫度-時(shí)間關(guān)系數(shù)據(jù)、溫度圖像；
②計(jì)算疲勞試件標(biāo)距內(nèi)的應(yīng)力分布，根據(jù)應(yīng)力分布求得應(yīng)力梯度曲線；沿應(yīng)力梯度曲線在步驟①獲得的熱像圖上提取溫度數(shù)據(jù)，得到試件表面的溫度與局部應(yīng)力關(guān)系曲線；
③根據(jù)在不同應(yīng)力水平下獲得的試件表面溫度與局部應(yīng)力關(guān)系曲線的形狀，確定試件內(nèi)部應(yīng)力與鎂合金疲勞極限的關(guān)系為全部大于疲勞極限、部分大于疲勞極限或是全部小于疲勞極限；
步驟②中獲得的試件表面的溫度與局部應(yīng)力關(guān)系曲線在不同應(yīng)力水平下呈現(xiàn)三種不同形狀:a.曲線為一條單一的直線，溫度隨內(nèi)應(yīng)力的增加呈線性增加，此時(shí)試件內(nèi)部應(yīng)力全部大于疲勞極限；b.曲線出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折，此時(shí)試件內(nèi)部應(yīng)力部分大于疲勞極限；c.曲線呈現(xiàn)不規(guī)律波動(dòng)，此時(shí)試件內(nèi)部應(yīng)力全部小于疲勞極限；
④當(dāng)試件內(nèi)部應(yīng)力部分大于疲勞極限時(shí)，步驟②中獲得的試件表面的溫度與局部應(yīng)力關(guān)系曲線會(huì)出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折；分別對(duì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折的曲線的兩段用最小二乘法進(jìn)行擬合得到兩條直線，其交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值為該鎂合金的疲勞極限。
[0006]上述的一種基于鎂合金試件表面溫度特征的疲勞分析方法，其特征在于，所述的鎂合金疲勞試驗(yàn)是在紅外試驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行，其紅外試驗(yàn)系統(tǒng)由疲勞試驗(yàn)機(jī)(I)、紅外熱像儀(4)和控制系統(tǒng)(6)組成，疲勞紅外試驗(yàn)系統(tǒng)為立式，在疲勞試驗(yàn)機(jī)⑴的卡具⑵上裝卡表面涂有黑色啞光漆的鎂合金疲勞試件(3)，在涂有啞光漆面的疲勞試件前放置紅外熱像儀(4)，調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)(6)開始疲勞加載，由控制系統(tǒng)(6)得到疲勞試驗(yàn)收據(jù)，紅外熱像儀
(4)得到鎂合金疲勞試件表面的溫度信息和溫度圖像，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(5)對(duì)得到的疲勞過(guò)程中的溫度和應(yīng)力信息進(jìn)行處理。
[0007]上述的一種基于鎂合金試件表面溫度特征的疲勞分析方法，其特征在于，所述的鎂合金疲勞試件采用標(biāo)距為變截面的疲勞試件，使得在疲勞加載過(guò)程中試件標(biāo)距內(nèi)應(yīng)力隨截面積增大而減小，呈不均勻分布。
[0008]本發(fā)明一種基于鎂合金試件表面溫度特征的疲勞分析方法，其優(yōu)點(diǎn)在于:基于鎂合金在疲勞載荷下產(chǎn)熱機(jī)制的固有特征，對(duì)疲勞載荷下的試件表面溫度特征進(jìn)行提取，使之以圖像的形式直觀的展現(xiàn)出來(lái)；在分析這些溫度特征的基礎(chǔ)上確定疲勞試件內(nèi)部應(yīng)力與被測(cè)材料疲勞極限之間關(guān)系，進(jìn)而確定鎂合金的疲勞極限；利用紅外熱像儀，僅需要3分鐘的時(shí)間，便可以完整采集包含彈塑性變形階段試件表面溫度特征的熱像圖數(shù)據(jù)，因而無(wú)需對(duì)試件加載至發(fā)生疲勞失效或全部IO7循環(huán)周次，很大程度上節(jié)省了試驗(yàn)時(shí)間；同時(shí)通過(guò)該方法得到不同疲勞載荷下的溫度特征具有鮮明的特點(diǎn)，不需要對(duì)不同應(yīng)力水平下獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比就可以確定鎂合金的疲勞性能，在一定程度上簡(jiǎn)化了試驗(yàn)試驗(yàn)過(guò)程；與現(xiàn)有技術(shù)相比，該方法具有試驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)單，試驗(yàn)周期短，試驗(yàn)所需試件數(shù)量少等先進(jìn)性，可以被廣泛的應(yīng)用于工程實(shí)踐。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1鎂合金疲勞試樣尺寸 圖2鎂合金疲勞紅外試驗(yàn)系統(tǒng) 圖3鎂合金疲勞試件紅外熱像圖
圖4鎂合金疲勞試件內(nèi)應(yīng)力計(jì)算模型
圖5鎂合金疲勞試件平均溫度與內(nèi)應(yīng)力關(guān)系曲線(a) 115 MPa ； (b) 110 MPa ； (c) 105MPa ； (d) 100 MPa。
[0010]圖中所示，附圖標(biāo)記清單如下:
1.疲勞試驗(yàn)機(jī)；2.卡具；3.鎂合金疲勞試驗(yàn)；4.紅外熱像儀；5.數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；6.控制系統(tǒng)；7.疲勞試件橫截面A ;8.高于疲勞極限部分；9.低于疲勞極限部分；10.高于疲勞極限部分的擬合直線；11.低于疲勞極限部分的擬合直線。
【具體實(shí)施方式】
[0011]以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0012]本發(fā)明所采用的材料為商用IOmm厚擠壓成型的AZ31B鎂合金，試件尺寸如圖1所示，采用線切割方法沿垂直于擠壓方向加工而成；加工完成后，依次采用800目、1000目和1500目的金相砂紙對(duì)試件表面進(jìn)行打磨，使表面及線切割加工面光滑，粗糙度達(dá)Ra0.32-0.63 μ m ;試件表面涂上一層黑色的啞光漆，以增加熱反射率。
[0013]疲勞實(shí)驗(yàn)設(shè)備為高頻拉壓疲勞試驗(yàn)機(jī)。疲勞載荷為拉-拉載荷，循環(huán)特征系數(shù)為0.1，振動(dòng)頻率為100 Hz ;實(shí)驗(yàn)過(guò)程中用紅外測(cè)溫系統(tǒng)對(duì)試件表面溫度的溫度進(jìn)行記錄，紅外熱像儀記錄溫度的靈敏度為0.08 K，鎂合金疲勞紅外試驗(yàn)系統(tǒng)如圖2所示。
[0014]鎂合金在受到疲勞載荷時(shí)，外部施加的機(jī)械功會(huì)轉(zhuǎn)化為其內(nèi)部的內(nèi)能，從而導(dǎo)致試件溫度升高；當(dāng)溫度高于環(huán)境溫度時(shí)，其內(nèi)部的熱量會(huì)向周圍散失，溫度差越大熱量散失的速度就越快，所以，鎂合金的溫度在疲勞載荷下不會(huì)一直升高；當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)試件內(nèi)部產(chǎn)生的熱量與散失到周圍環(huán)境的熱量相等時(shí)，鎂合金的溫度就會(huì)達(dá)到產(chǎn)熱和散熱的動(dòng)態(tài)平衡。
[0015]選取動(dòng)態(tài)平衡時(shí)刻的熱像圖對(duì)疲勞試件表面的溫度分布進(jìn)行分析(動(dòng)態(tài)平衡時(shí)刻是指試件表面溫度停止上升的時(shí)刻，在上述試驗(yàn)條件下不超過(guò)3分鐘)，此時(shí)的表面溫度可以較為準(zhǔn)確的表示試件內(nèi)的熱源強(qiáng)度分布；以試件中心為坐標(biāo)零點(diǎn)，疲勞試件的水平中心線為X軸，垂直中心線為Y軸建立直角坐標(biāo)系，如圖3所示。
[0016]疲勞試件在疲勞試驗(yàn)機(jī)上受到軸向加載，受力方向與Y軸方向一致，因此可以認(rèn)為試件每個(gè)橫截面上的應(yīng)力是均勻的，其大小等于施加在試件上的軸向載荷與該處橫截面積的比值。如圖4所示，疲勞試件橫截面A(7)處的應(yīng)力σ a=f/Sa，其中F為施加在試件軸向上的載荷，Sa為疲勞試件橫截面A(7)的面積；疲勞試件內(nèi)的局部應(yīng)力沿Y軸方向隨著橫截面積的增大，由中間向兩端逐漸減小。
[0017]由上述模型計(jì)算疲勞試件在特定載荷下每一橫截面處的內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)利用相應(yīng)的熱像圖計(jì)算每個(gè)橫截面上的平均溫度，從而獲得單個(gè)疲勞試件在特定載荷下每個(gè)橫截面上的平均溫度和內(nèi)應(yīng)力的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0018]圖5表示在不同載荷下鎂合金疲勞試件上平均溫度和內(nèi)應(yīng)力的對(duì)應(yīng)關(guān)系。由于疲勞試件形狀具有對(duì)稱性，所以只對(duì)試件X軸以下部分進(jìn)行討論。其中115 MPa, 110 MPa, 105MPa, 100 MPa表示在相應(yīng)載荷下，疲勞試件中部橫截面最小處的內(nèi)應(yīng)力。
[0019]當(dāng)施加的循環(huán)載荷大于金屬材料的疲勞極限時(shí)，材料內(nèi)部發(fā)生塑性變形并產(chǎn)生大量的熱，并且載荷越大產(chǎn)熱越多；當(dāng)施加的循環(huán)載荷小于金屬材料的疲勞極限時(shí)，材料只通過(guò)粘性效應(yīng)產(chǎn)生很少量的熱。
[0020]當(dāng)疲勞試件受到較大載荷時(shí)(115 MPa)，其內(nèi)部應(yīng)力全部大于疲勞極限，這時(shí)由于材料內(nèi)部各個(gè)部分的產(chǎn)熱都是由塑性變形產(chǎn)生的，屬于同一溫升機(jī)制，因此平均溫度與內(nèi)應(yīng)力關(guān)系曲線為一條單一的直線，溫度隨內(nèi)應(yīng)力的增加呈線性增加，如圖5(a)所示。
[0021]當(dāng)疲勞試件受到較小載荷時(shí)(100 MPa)，其內(nèi)部應(yīng)力全部小于疲勞極限。疲勞試件內(nèi)部整體產(chǎn)熱量較少，鎂合金內(nèi)部組織不均勻造成了局部的應(yīng)力集中，這些應(yīng)力集中處的產(chǎn)熱會(huì)大于其他部分，引起平均溫度與內(nèi)應(yīng)力關(guān)系曲線的不規(guī)律波動(dòng)，如圖5(d)所示。
[0022]在應(yīng)力水平為110 MPa和105 MPa時(shí)，如圖5 (b、c)所示，鎂合金疲勞試件內(nèi)部?jī)H有部分內(nèi)應(yīng)力高于鎂合金的疲勞極限，這些部分產(chǎn)生的熱量明顯大于低于疲勞極限的部分，造成了平均溫度與內(nèi)應(yīng)力關(guān)系曲線出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折，該轉(zhuǎn)折點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值可以被看作是鎂合金的疲勞極限。轉(zhuǎn)折點(diǎn)的位置可以通過(guò)對(duì)曲線兩部分分別進(jìn)行最小二乘法擬合，然后求兩部分?jǐn)M合直線交點(diǎn)的方式獲得。
[0023]本次試驗(yàn)中測(cè)得的鎂合金疲勞極限分別為103.70 MPa和104.84 MPa,與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法(GB/T 3075-2008金屬材料疲勞試驗(yàn)軸向應(yīng)力控制方法)求得的鎂合金疲勞極限(100.39 MPa)相比誤差分別為3.29 %和4.43 %，具有較高的準(zhǔn)確性。兩次測(cè)得的結(jié)果也十分接近，說(shuō)明該方法具有較好的穩(wěn)定性。
[0024]由上述分析可見，通過(guò)本發(fā)明中提出的方法得到的平均溫度與內(nèi)應(yīng)力關(guān)系曲線，在特定的應(yīng)力水平下出現(xiàn)相應(yīng)的形狀。通過(guò)分析曲線形狀特征，便可以準(zhǔn)確的判斷疲勞試件的受力情況，進(jìn)而求得鎂合金的疲勞極限。采用本發(fā)明提出的鎂合金疲勞性能快速分析方法不需要其他對(duì)比試驗(yàn)，因此很大程度上節(jié)省了試驗(yàn)時(shí)間和試驗(yàn)材料，具有明顯的先進(jìn)性。
[0025]應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于鎂合金試件表面溫度特征的疲勞分析方法，其特征在于是一種借助于紅外熱像儀，僅對(duì)單個(gè)鎂合金試件加載至彈塑性變形范圍內(nèi)，僅需3分鐘的疲勞加載就可以快速確定疲勞試件內(nèi)應(yīng)力與鎂合金疲勞極限之間關(guān)系的疲勞分析方法，該方法的具體步驟如下: 使用的化學(xué)物質(zhì)材料為:鎂合金板、乙醇、黑色啞光漆、砂紙，其準(zhǔn)備用量如下:以毫米、毫升為計(jì)量單位 鎂合金板:AZ31B320 mm X 100 mm X 10 mm 4 塊 黑色啞光漆:500 mL± IOmL 乙醇:C2H5OH500 mL± IOmL 砂紙:SiC 800 目276 _Χ0.5 _X230 _ 2 張 砂紙:SiC 1000 目276 mmX 0.5 mmX 230 mm 2 張 砂紙:SiC 1500 目276 mmX 0.5 mmX 230 mm 2 張 1)試件加工及準(zhǔn)備 ①采用線切割方法將鎂合金板加工為變截面的疲勞試件，使得在疲勞加載過(guò)程中試件標(biāo)距內(nèi)應(yīng)力隨截面積增大而減小，呈不均勻分布； ②用砂紙打磨疲勞試件,使試件表面及線切割加工面光滑，要求試件正反面及線切割加工面的粗糙度達(dá)Ra0.32-0.63 μ m ; ③用乙醇擦洗疲勞試件,使試件表面潔凈； ④在疲勞試件測(cè)溫表面涂一層黑色啞光漆，以增加熱反射率； 2)加載試件及測(cè)溫準(zhǔn)備 調(diào)整好疲勞試驗(yàn)參數(shù)，循環(huán)特征系數(shù)為0.1，諧振頻率為100 Hz，開始將疲勞試件加載在疲勞試驗(yàn)機(jī)上，同時(shí)將紅外熱像儀置放于距離試件測(cè)溫表面800mm處，調(diào)節(jié)紅外熱像儀焦距，保證疲勞試驗(yàn)過(guò)程中錄制的溫度圖像清晰； 3)疲勞試驗(yàn) 對(duì)待測(cè)試件在不同應(yīng)力水平下進(jìn)行循環(huán)加載，同時(shí)使用紅外熱像儀對(duì)試件表面溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采集試件表面溫度特征數(shù)據(jù)及圖像； 4)數(shù)據(jù)處理及分析 ①分析紅外熱像儀測(cè)得的試驗(yàn)結(jié)果，提取試件在疲勞載荷作用下的溫度-時(shí)間關(guān)系數(shù)據(jù)、溫度圖像； ②計(jì)算疲勞試件標(biāo)距內(nèi)的應(yīng)力分布，根據(jù)應(yīng)力分布求得應(yīng)力梯度曲線； 沿應(yīng)力梯度曲線在步驟①獲得的熱像圖上提取溫度數(shù)據(jù)，得到試件表面的溫度與局部應(yīng)力關(guān)系曲線； ③根據(jù)在不同應(yīng)力水平下獲得的試件表面溫度與局部應(yīng)力關(guān)系曲線的形狀，確定試件內(nèi)部應(yīng)力與鎂合金疲勞極限的關(guān)系為全部大于疲勞極限、部分大于疲勞極限或是全部小于疲勞極限； 步驟②中獲得的試件表面的溫度與局部應(yīng)力關(guān)系曲線在不同應(yīng)力水平下呈現(xiàn)三種不同形狀:a.曲線為一條單一的直線，溫度隨內(nèi)應(yīng)力的增加呈線性增加，此時(shí)試件內(nèi)部應(yīng)力全部大于疲勞極限；b.曲線出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折，此時(shí)試件內(nèi)部應(yīng)力部分大于疲勞極限；c.曲線呈現(xiàn)不規(guī)律波動(dòng)，此時(shí)試件內(nèi)部應(yīng)力全部小于疲勞極限；④當(dāng)試件內(nèi)部應(yīng)力部分大于疲勞極限時(shí)，步驟②中獲得的試件表面的溫度與局部應(yīng)力關(guān)系曲線會(huì)出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折；分別對(duì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折的曲線的兩段用最小二乘法進(jìn)行擬合得到兩條直線，其交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值為該鎂合金的疲勞極限。
2.如權(quán)利要求1所述的上述的一種基于鎂合金試件表面溫度特征的疲勞分析方法，其特征在于，所述的鎂合金疲勞試驗(yàn)是在紅外試驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行，其紅外試驗(yàn)系統(tǒng)由疲勞試驗(yàn)機(jī)(I)、紅外熱像儀(4)和控制系統(tǒng)(6)組成，疲勞紅外試驗(yàn)系統(tǒng)為立式，在疲勞試驗(yàn)機(jī)(I)的卡具(2)上裝卡表面涂有黑色啞光漆的鎂合金疲勞試件(3)，在涂有啞光漆面的疲勞試件前放置紅外熱像儀(4)，調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)(6)開始疲勞加載，由控制系統(tǒng)(6)得到疲勞試驗(yàn)收據(jù)，紅外熱像儀(4)得到鎂合金疲勞試件表面的溫度信息和溫度圖像，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(5)對(duì)得到的疲勞過(guò)程中的溫度和應(yīng)力信息進(jìn)行處理。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于鎂合金試件表面溫度特征的疲勞分析方法，其特征在于，所述的鎂合金疲勞試件采用標(biāo)距為變截面的疲勞試件，使得在疲勞加載過(guò)程中試件標(biāo)距內(nèi)應(yīng)力隨截面 積增大而減小，呈不均勻分布。
【文檔編號(hào)】G01J5/10GK104007007SQ201410263559
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】張紅霞, 郭少飛, 王文先, 閆志峰, 郝俊麗, 周亞國(guó), 陳鵬達(dá), 張虔銘 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)