航空铝合金微动疲劳试验数据及损伤模型评估

本书采用航空常用铝合金2024-T351的微动疲劳试验数据来评估所提出的微动疲劳损伤模型。试验数据见附录1。该材料的基本力学性能参数如表2.1所示，疲劳性能参数如表4.1所示。采用板状试件和圆柱面微动垫。试件的尺寸参数与单轴拉伸疲劳试验所用的标准试件相同（ASTM E 466-82），具体结构与尺寸如图4.6所示。进行试验前对试件和微动垫的接触表面进行抛光处理，使其满足美国材料测试协会（American Society of Testing and Materials）的滑动磨损试验标准（ASTM G 115-93）。

表4.1　铝合金2024-T351的疲劳性能参数

该试验采用了4种不同半径的微动垫（R=121 mm，127 mm，178 mm，229 mm），3种不同的法向载荷（P=5.4 kN，6.2 kN，7.1 kN），以及3种不同的远端交变载荷（σB=82.7 MPa，96.5 MPa，110.2 MPa）。试验以载荷控制的方式进行，试验频率为10 Hz，应力比为r=-1。试验在标准实验室环境中（温度21～24℃，相对湿度65%～75%）进行。共进行了37组试验，以试件断裂为终止条件。相应的切向牵引力幅值范围为1 370～2 704 N，微动疲劳寿命范围为2.1×105～8.7×105。(www.xing528.com)

图4.6　微动疲劳试件和微动垫的几何尺寸

试验结果表明，疲劳失效均发生在试件上，且裂纹萌生位置均在接触区边缘靠近远端交变载荷加载端。裂纹首先沿与接触面倾斜的方向萌生，一定长度后（约25μm）转向与接触表面垂直的方向继续扩展。