研究温度对有机玻璃的疲劳性产生的影响
试验试验材料为18mm厚MDYB23号定向航空有机玻璃,疲劳试验在CSS280材料试验机上进行,采用成组法测试在不同温度下的疲劳寿命,温度是利用MT7006L中低温(-70~+150℃)控制箱来实现,恒温时箱内温度最大波动误差约为±012℃。实验选择在几个典型温度中(-50℃,-25℃,18℃,60℃和90℃)测试材料的疲劳寿命。加载方式为轴向拉2拉正弦波等幅载荷,应力比取011,频率为1Hz.试验结果疲劳试验的结果一般以S2N曲线表示。对试验温度下每次疲劳试验数据按照式(1)可以拟合出一条光滑的S2N曲线,试验测试的5个温度点下的有机玻璃的S2N曲线如所示。由可见,随着温度的升高,疲劳强度有大幅度下降。:MDYB23有机玻璃疲劳性能温度效应研究不同温度下有机玻璃的疲劳寿命及其S2N曲线数据分析(1)疲劳方程对寿命取对数后,对不同温度下的试验结果进行线性回归分析,结果如所示。
疲劳包络线根据疲劳试验结果,可以粗略地画出由环境温度、最大应力水平和疲劳破坏时的循环次数表示的疲劳破坏的包络线,显示的是不同温度下疲劳寿命大约为1000,10000,50000次时对应的应力水平,其中σb表示不同温度下的拉伸强度。由该曲线可以看出,常温时(18℃左右)有机玻璃的疲劳强度折损较大,利用该曲线图,若已知其中任意2个参数时,就可以方便地估计出第3个参数。疲劳包络线疲劳变形在试验过程中,测定了试样的变形值,实测结果表明,随着温度的升高,有机玻璃疲劳破坏时总应变增大。经整理,得到不同温度下最大应变与疲劳次数之间的关系。表示的是疲劳过程中,18℃时不同应力水平下的最大应变εmax与循环次数比的变化曲线。
由可见,疲劳过程中总应变的发展大致可以分为3个阶段:在疲劳的初始阶段,应变很快增长,该阶段约占整个疲劳寿命的5%,可以称为瞬态疲劳阶段;第2个阶段时应变呈稳定的线性递增趋势,可以称为稳态疲劳阶段,由图可知,应变增长速率随着应力水平的提高而加快,该过程占整个疲劳寿命的85%~95%.第3个阶段是疲劳破坏阶段,表现为应变急剧增长,并且很快发生断裂失效,这种情况在高应力状态表现得较为明显,约占整个寿命的5%~10%,但在低应力水平(高周疲劳)时这个阶段得不到反映。鉴于疲劳总应变发展中,第2阶段总应变所具有的特点,有必要研究应变增长率ε与疲劳寿命的关系,不同温度下部分实测结果如所示。可以发现:高温时比低温时的应变率大;低寿命比高寿命的应变率大。为第2阶段应变增长率对于给定的疲劳载荷,该阶段总应变增长率为某一定值,通过建立第2阶段的应变增长率ε与疲劳寿命之间的关系,由此可以简便地估算疲劳寿命,不同温度下,疲劳第2阶段总应变增长率与疲劳寿命的双对数关系如所示。