多轴疲劳损伤微观机理的研究进展

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1、多轴疲劳的微观机理及研究进展综述在交变应力作用下发生的破坏现象叫做疲劳。疲劳破坏与静力破坏有本质的不同。疲劳破坏的主要特征表现在：1）、在交变应力远小于静强度极限的情况下，破坏也可能发生；2）、疲劳破坏不是立刻就发生的，而要经历一定的时间，甚至是很长的时间；3）、疲劳破坏前,即使对于塑性材料，也像脆性材料一样，常常没有显著的残余变形；4）、在疲劳破坏的断口上，总是呈现两个区域：一部分是光滑区，一部分是粗粒状区。疲劳破坏的过程是疲劳微裂纹的形成和发展的过程。裂纹萌牛•的几种主要形式是：滑移带萌生裂纹、李品界萌生裂纹、晶界和亚晶界萌生裂纹和相界面萌生裂纹，滑移带萌

2、生裂纹是疲劳裂纹萌生的基本形式。金属结构在交变载荷作用下，开始时只能观察到很少的滑移线,随着交变载荷次数的增加，在滑移线处又形成新的滑移线，从而形成滑移带。如果继续交变加载，滑移带将会变宽利变密，并且在滑移带之间的广大区域并没有新的滑移现象产生。前人所做的研究表明，应力水平越高，滑移带发展越充分，滑移的局部性越不明显，而少数的滑移带会变得更加的明显，形成驻留滑移带，这种局部形成的滑移带是很多延性金属疲劳裂纹的萌主源。前人对多轴疲劳损伤的微观机理的一些研究成果表明，在非比例载荷下的多轴低周疲劳情况下，低层错能材料在非比例循环过程中出现不同程度的附加强化现象，附加

3、强化对非比例加载多轴低周疲劳寿命的降低有重要影响；材料特性、加载路径以及应变幅值等因素都对附加强化有重要影响。关于非比例循环附加强化产生的原因，主要是因为在非比例循环加载下由于最大主应力轴的连续旋转，阻碍了材料内部形成稳定的为错结构，因而非比例加载的应力-应变曲线高于比例加载时的应力-应变曲线，从而产生非比例附加强化。对于附加强化，大多数研究者所接受的观点是材料（主要是低层错能材料）的塑性变形方式从比例加载时的平面状滑移向非比例加载时的波纹状滑移转化，即在比例循环加载时，材料形成脉络状、梯状等单滑移位错结构；而在非比例循环加载下，材料通过不同滑移系位错的相互作

4、用形成了迷宫、胞状等多滑移位错结构非比例加载形成的迷宫、胞状等多滑移位错结构的位错密度大于比例加载形成的脉络状、梯状等单滑移位错结构，且多滑移位错结构中位错自由运动的间距小于单滑移位错结构中位错自由运动的间距，位错问的相互作用力增大，从而产生附加强化。多轴疲劳微观机理的实质（主要针对低层错能材料）就是材料的塑性变形方式从比例加载时的平面状滑移向非比例加载时的波纹状滑移转化。迄今为止国内外大多数的关于非比例多轴疲劳的研究成果都只是针对低层错能的材料的多轴低周疲劳的研究，对于其的多轴高周疲劳的微观机理的研究还不是很成熟，没有形成一套完整的研究理论体系，大量的实验仍

5、旧需要进行。关于多轴疲劳问题至少还有以下几个方面需要进行大量的研究：1）、低层错能材料的多轴高周疲劳微观机理的进一步研究；2）、不产生非比例循环附加强化的高层错能材料的多轴低周疲劳微观机理的研究；3）、各种因素如加载路径、应变幅值等对高层错能材料的多轴低周疲劳寿命影响的研究；4）、非比例加载多轴高周循环下材料微结构演化及损伤机理的研究；5）、非比例加载多轴高周循环下疲劳裂纹的萌生和扩展的研究。