·2 北京科技大学学报 1997年第1期 能参数也不断变化，不再像等温低周疲劳试验那样材料的抗力在循环过程中为常数.以同相 位热机械疲劳为例，如图1()所示随着应变的增加温度升高，当应变减小时温度降低.多数金 属材料随着温度的升高其抗力不断下降，因此在正半周材料的抗力不断降低，而在负半周抗 力则不断提高，结果导致应力一应变滞后回线的不对称，如图1(6)所示. (a)2.50r 1.50 (b) 1000 GH33A合金 0.50 523-825℃ 同相 -0.500 100 200 300 500 -1.50 t/s -2.501 1000r -1.5-1.0-0.5 0.51.01.5 750 E/% 500 250 -1000 0 100 200 300 t/s 图1同相位热机械疲劳时的波形和应力一应变滞后回线()试验波形，)应力一应变滞后回线) 应力一应变滞后回线的不对称说明在热机械疲劳循环状态下，材料的塑性性能、软硬化 性能以及包氏效应均呈现出复杂特性，一方面给实验数据的处理造成了困难，另一方面对材 料的本构关系的描述，无论是对拉半周还是对压半周，都难以用较为简单的模型来表达，使得 应力一应变场的分析难以进行，也给有限元计算带来了不便 1.2损伤特性 热机械疲劳的损伤是由热循环应力与机械循环应力的共同作用所产生的，然而其损伤程 度并非是二者的简单线性叠加.当加载速 0.01 率较慢时，温度的变化也较慢，因此还伴随 低碳钢 200-500℃ 400℃ ● 有蠕变损伤.研究结果表明，无论是同相位 ● ● 8 热机械疲劳，还是反相位热机械疲劳，其损 ●500℃ 伤均比平均温度日下等温疲芳损伤严重， ● 某些材料甚至比最高温度9mx下等温疲劳 损伤还严重，如图2所示.这说明由于温度 0.001 L 102 103 109 的变化，使得材料不仅存在着疲劳损伤、蠕 寿命1周 变损伤，同时还有二者的交互作用.因此其 图2低碳钢热机械疲劳与等温疲劳寿命， 损伤机理较为复杂，对试验结果的理论分析，日前还有困难. 2热机械疲劳试验方法 热机械疲劳试验过程中，为了保证不：生热变形滞后现象，温度的升降不可能太快.一般 来说，试验要求加载波形与温度波形在保证一定相位差的情况下，二者的频率是相同的，这就· 2 · 北 京 科 技 大 学 学 报 1 9 9 7年 第 1期 能参数也不 断 变化 , 不再 像 等温 低 周疲 劳 试验 那样 材 料的抗 力 在循 环过 程 中为 常数 . 以 同相 位热 机械 疲劳 为 例 , 如 图 l (a) 所 示随 着应 变 的增加 温度 升高 , 当应 变减小 时温 度降低 . 多 数金 属材 料 随着 温度 的升 高其抗 力 不 断下 降 , 因此 在 正半周 材料 的抗力 不 断降低 , 而 在负 半周 抗 力则 不 断提高 , 结果 导致应 力一应变 滞后 回线 的不 对称 , 如 图 1(b) 所 示 . G H 3 3 A 合金 5 2 3 ~ 82 5 ℃ 同相 介l| 已. 05 0n小 ù 芝、d目勺 一il0 一 .05 只 ” .5 , , .0 ’ .5 夕 0 厂 “ ` % 份 尸、0 0 0于 10 0 2 0 0 3 0 0 图 1 同相位热机械疲劳时的波形和应力一应变滞后回 线 (( a) 试验波形 , 伪) 应力一 应变滞后 回线 ) 应 力一应 变滞 后 回 线 的不 对称 说明在 热 机械疲 劳 循环 状态 下 , 材料 的塑性 性能 、 软 硬化 性能 以 及 包 氏效 应 均呈 现 出复 杂特性 , 一方 面 给实 验数 据 的处理 造 成了 困难 , 另 一方 面 对材 料 的本构 关系 的描述 , 无论 是 对拉半 周 还是 对压半 周 , 都 难 以 用较 为简单的模 型来 表达 , 使得 应力一应变 场的分析 难 以 进行 , 也给有 限元计算 带来 了不便 . .2 损 伤特 性 热机械 疲 劳的损 伤是 由热循 环应 力 与机 械循 环应力 的共 同作 用所产 生的 , 然 而其损 伤程 度并 非是 二 者 的 简单 线 性 叠 加 . 当加 载 速 率较 慢 时 , 温 度 的变 化 也较 慢 , 因 此 还 伴随 有蠕 变 损伤 . 研 究结 果 表 明 , 无 论是 同相 位 热机 械疲 劳 , 还 是反 相 位热 机械 疲 劳 , 其 损 伤均 比平 均温 度 0m 下 等 温 疲劳 损 伤 严 重 , 某些 材 料 甚至 比最高 温 度 e m a 、 下 等温 疲 劳 损伤还 严重 , 如 图 2 所 示 . 这 说 明 由 于温 度 的变 化 , 使得 材 料不 仅 存在 着 疲 劳损 伤 、 蠕 变损 伤 , 同 时还 有二 者 的交 互 作用 . 因此 其 损伤 机理较 为复 杂 , 对 试验 结果 的理 论分 析 , 目 1 0 2 10 3 10 4 寿命 / 周 图2 低碳钢热机械疲劳与等 温疲劳寿命 13 前还有 困 难 . 三凳-10t ℃ . : , g 勺熟义 飞 … … 1 二 1 . 2 热机械疲劳试验方法 热机 械疲 劳 试验 过 程 中 , 为 了保 证 不产 生热 变形 滞后现 象 , 温度 的升 降不 可能太快 一 般 来说 , 试验要求 加载 波形 与温 度波形 在 保 证一 定 相位 差的情 况 下 , 二者 的 频率是 相同 的 , 这 就