摘要:纤维增强聚合物复合材料由于其高刚度,正在成为传统金属材料修复和替代中的重要且方便的材料。复合材料在其使用寿命期间会承受不同类型的疲劳载荷。增强纤维增强聚合物复合材料在疲劳应力下的设计方法和预测模型的动力依赖于更精确和可靠的疲劳寿命评估技术。在拉伸-拉伸疲劳场景中研究了纤维体积分数和应力水平对玻璃纤维增强聚酯 (GFRP) 复合材料疲劳性能的影响。本研究的纤维体积分数设置为:20%、35% 和 50%。使用万能试验机对样品进行拉伸试验,并使用四种不同的预测模型验证杨氏模量。为了确定复合材料的失效模式和疲劳寿命,对聚酯基 GFRP 样品在五个应力水平下进行了评估,这五个应力水平分别为最大拉伸应力的 75%、65%、50%、40% 和 25%,直到发生断裂或达到五百万次疲劳循环。实验结果表明,玻璃纤维增强聚酯样品在高施加应力水平下发生纯拉伸失效,而在低应力水平下,失效模式受应力水平控制。最后,利用不同体积分数的 GFRP 复合材料样品的实验结果进行模型验证和比较,结果表明,所提出的框架在拉伸-拉伸疲劳状态下预测疲劳寿命与实验疲劳寿命具有可接受的相关性。
摘要:纤维增强聚合物复合材料由于其高刚度,正在成为传统金属材料修复和替代中的重要且方便的材料。复合材料在其使用寿命期间会承受不同类型的疲劳载荷。增强纤维增强聚合物复合材料在疲劳应力下的设计方法和预测模型的动力依赖于更精确和可靠的疲劳寿命评估技术。在拉伸-拉伸疲劳场景中研究了纤维体积分数和应力水平对玻璃纤维增强聚酯 (GFRP) 复合材料疲劳性能的影响。本研究的纤维体积分数设置为:20%、35% 和 50%。使用万能试验机对样品进行拉伸试验,并使用四种不同的预测模型验证杨氏模量。为了确定复合材料的失效模式和疲劳寿命,对聚酯基 GFRP 样品在五个应力水平下进行了评估,这五个应力水平分别为最大拉伸应力的 75%、65%、50%、40% 和 25%,直到发生断裂或达到五百万次疲劳循环。实验结果表明,玻璃纤维增强聚酯样品在高施加应力水平下发生纯拉伸失效,而在低应力水平下,失效模式受应力水平控制。最后,利用不同体积分数的 GFRP 复合材料样品的实验结果进行模型验证和比较,结果表明,所提出的框架在拉伸-拉伸疲劳状态下预测疲劳寿命与实验疲劳寿命具有可接受的相关性。
观察到 160°C 的温度会略微降低疲劳寿命,这可能与马氏体时效钢的强度在 160°C 时略微降低有关 []。此外,正如预期的那样,带有机加工通道的样品在检查前没有破损样品,因此效果最佳。垂直样品首先断裂,而倾斜和水平样品的粗糙度较高。断裂分析表明,在部件核心和轮廓之间的垂直样品上有许多大于 100 微米的缺陷(图 12a 和 b)。这些缺陷在水平和 45° 样品上也可见,但数量较少。同样的缺陷也在显微照片上可见(图 12c)。因此,即使粗糙度和夹杂物也存在,起始点的根本原因是缺陷的存在
钛合金在500~600℃的高温下具有高强度,可用于飞机的结构件、紧固件和发动机部件,此外还用于汽车发动机部件和/或排气系统,根据其使用情况,需要具有强度、疲劳强度、断裂韧性、抗蠕变性和抗氧化性等各种性能。钛合金的微观结构、织构、化学成分等对疲劳性能的影响主要在飞机领域进行研究,通过引入故障安全和损伤容限设计,提高了可靠性。1-3) 最近,正在进行如下所述的停留疲劳研究以及利用集成计算材料工程(ICME)来一致预测其疲劳寿命的研究和开发。4)日本除了飞机之外,还开发了汽车、消费品(例如高尔夫球杆头)和医疗设备的应用。因此,除了对钛合金的疲劳、裂纹扩展和断裂韧性的基础研究外,5,6)还进行了大量与各自用途所需的性能相关的研究。
在500–600°C下具有优异比强度的轻质高强度钛合金不仅用于飞机的结构构件、紧固件和发动机部件,还用于汽车发动机部件和/或排气系统,根据其使用情况,需要具有强度、疲劳强度、断裂韧性、抗蠕变和抗氧化等各种性能。主要在飞机领域研究了微观结构、织构、化学成分等对钛合金疲劳性能的影响,通过引入故障安全和损伤容限设计,提高了可靠性。1–3) 最近,正在进行如下所述的停留疲劳研究和利用集成计算材料工程(ICME)一致预测其疲劳寿命的研究和开发。4) 在日本,除了飞机之外,还开发了汽车、消费品(例如高尔夫球杆头)和医疗设备的应用。因此,除了对钛合金的疲劳、裂纹扩展和断裂韧性的基础研究之外,5、6)还进行了大量针对各自用途所需性能的研究。
从技术上优化金属注射成型钛合金 (Ti-MIM) 的加工清洁度在经济上不可行。这个问题在材料加工领域很常见。在寻找替代方法的过程中,这项工作试图在耐受非常高的杂质水平的同时实现卓越的高周疲劳 (HCF) 性能。该概念源于 b 类 Ti 合金对氧溶质的较大耐受性以及在单调载荷下减轻碳化物夹杂物的有害影响的可行性。在本文中,用于疲劳关键应用的 MIM b Ti-Nb-Zr 生物材料是特意以非常高的 O 水平和正常/非常高的 C 水平生产的。无论加工清洁度如何,抗杂质的 Ti 生物材料都表现出超过 600 MPa 的优异 HCF 耐久极限,明显高于在严格限制杂质水平的情况下生产的 a - b Ti 参考合金。这种优异的疲劳性能,同时耐受一定量的杂质,源于对杂质不敏感的“弱”微观结构特征和 Ti 基质对疲劳小裂纹的增强抵抗力。此外,在某些情况下,可能出现由两种相互竞争的裂纹起始机制引发的条件疲劳二元性,起始于微尺度孔隙 a - 片状体和大孔隙 TiC 夹杂物。本合金工艺开发的成功可能会大大放宽对活性金属的加工要求。� 2021
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* 通讯地址:Chola Elangeswaran,鲁汶天主教大学,机械工程系,Celestijnenlaan 300, 3001 Leuven,比利时。电子邮箱:chola.elangeswaran@kuleuven.be 网址:www.set.kuleuven.be/am
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