Vol.19 No.I 王建国等：金属材料热机械疲劳试验研究的现状 5· 得不到唯一的寿命方程 如图1(b)所示，热机械疲劳应力一应变滞后回线中最大应力范围与最大应变范围并不一 致，因此在使用应力一寿命唯像描述方法时，分别用最大应力范围和最大应变范围对应的应 力范围描述疲劳寿命，将得出不同的寿命方程. 同样在应变一寿命描述方法中，若分别采用总应变范围△ε，机械应变范围△em、非弹性 应变范围△e描述疲劳寿命，也可得出不同的寿命方程.因此，有关热机械疲劳寿命的描述方 法还需做深人研究， 33寿命预测方法 疲劳研究的最终目标是发展定量模型用以预测循环受载工程构件的有效寿命.由于热机 械疲劳机理的复杂性和缺少大量试验数据，因此对热机械疲劳损伤机理研究不够深人，对材 料的寿命估算也只有半经验的方法. (1)数学模型法 模型方法是最为直观并可直接计算出疲劳寿命的理想方法，但对于较为复杂的热机械疲 劳建立寿命计算模型是较为困难的 对于球墨铸铁材料，在假设裂纹在铸铁基体中的扩展规律与基体性质相近的低碳钢中的 扩展相同和认为表面裂纹扩展机理与无限平板穿透裂纹相似的前提下，用J积分方法，则导 出了热机械疲劳寿命估算模型6： ap-m-ai-m (a所^N,=Cm-1)(2πM) (1) 该模型仅适用于同相位和反相位热机械疲劳的寿命估算，其可靠性还有待于进一步验证 (2)应变范围划分法 应变范围划分法是由Halford,Hirschbreg和Manson提出来的，它将蠕变与机械疲劳的交 互作用所造成的总损伤分解成机械纯疲劳的应变范围分量和与时间相关的应变范围分量二 者所造成的损伤.该方法在热机械疲劳寿命的估算中也得以应用).其基本思路是首先把复 杂波形热机械疲劳中的塑性应变和蠕变应变用阶梯应力法区分出来，然后根据高温低循环疲 劳中的应变范围划分法进行4种类型的疲劳试验来估算寿命. (3)等效温度法 所谓等效温度法估算热机械疲劳循环寿命，就是要找到这样一个温度，使其在该温度下 的等温失效循环数与对应的热机械疲劳失效循环数相等).从表面上看，对某一特定的条件， 总可以找到等效温度.但因热机械疲劳变化参数较多，如相位差与循环温度范围等，因此，要 建立等效温度计算模型是不可能的 由此可知，热机械疲劳寿命的估算到目前为止还很不成熟，基本是沿用高温低循环疲劳 寿命估算法，现有的研究报告仅涉及到同相位和反相位加载方式，对疲劳寿命的估算方法也 仅限于简单应力状态和简单相位差的范围内. 5结束语 金属材料的热机械疲劳试验是研究工程材料力学行为与损伤机理和估算热端零部件使V ol . 19 N .o 1 王 建国 等: 金属材料热机械疲劳试验研究的现状 · 5 · 得不到 唯一 的寿命方程 . 如 图 1(b) 所示 , 热机 械疲 劳应 力一应变 滞后 回 线 中最 大应力 范 围与最 大应 变范 围并不 一 致 , 因此 在使用 应力 一寿命唯像描述 方 法 时 , 分 别 用最 大应 力 范 围和最 大 应变 范 围对应 的应 力 范 围描 述疲 劳寿命 , 将得 出不 同的寿命 方程 . 同样在 应变 一寿命描述 方法 中 , 若分 别 采用 总 应变 范 围 △￡ t 、 机 械应 变 范 围 △￡ m 、 非弹 性 应变 范 围 △: 、 描 述疲 劳 寿命 , 也 可得 出不 同 的寿命方程 . 因此 , 有 关热机 械疲 劳 寿命 的描述 方 法还 需做 深人研 究 . .3 3 寿命预测 方法 疲 劳研究 的最 终 目标 是发 展定 量模 型用 以 预 测循 环受 载工程 构件 的有效 寿命 . 由于 热机 械 疲 劳机理 的 复杂性 和 缺 少大量 试 验数据 , 因此 对热机 械疲 劳 损伤 机理 研究 不 够深 人 , 对材 料 的寿命估算 也只有 半经 验 的方法 . ( l) 数学模型法 模型 方法是 最 为直观 并可 直接 计算 出疲 劳寿命的理 想方 法 , 但 对于 较为复 杂 的热机械 疲 劳建 立 寿命计算 模 型是较 为 困难的 . 对于 球墨铸铁 材料 , 在假设 裂纹 在铸 铁基 体 中的扩 展规律 与基 体性 质相近 的低 碳钢 中的 扩 展相 同和认 为表 面 裂纹 扩展 机理 与 无 限平 板穿 透 裂纹 相似 的前提 下 , 用 J 积分 方法 , 则 导 出了热机 械疲 劳寿命估算模 型 6[] : a 六 一 ’ 一 a { 一 ’ (△哟 ’ .r丛 一 瓦蔺丁顶乏妥灭尹 ( l ) 该模型仅适 用于 同相位 和反相 位热机 械疲 劳 的寿命估算 , 其可靠 性还有 待于进一步 验证 . (2 ) 应 变范 围划 分法 应变 范 围划分 法是 由 H al fo dr , H isr hc b r eg 和 M an so n 提 出来的 , 它将 蠕变 与机械疲 劳 的交 互作 用所 造 成 的总损 伤分解 成机 械 纯疲 劳 的应 变 范围分 量和 与时 间相 关的 应变 范 围分量 二 者所 造成 的损伤 . 该 方法 在 热机械 疲 劳 寿命的估 算 中 也得 以 应 用 v[] . 其 基 本思 路是 首 先把 复 杂波 形热机 械疲 劳 中的塑性应 变和 蠕变应 变 用阶梯 应力 法 区分 出来 , 然后 根据 高温低 循环 疲 劳 中的应变 范围划 分法 进行 4 种类型 的疲 劳试 验来估 算 寿命 . (3) 等效 温度法 所谓 等效 温度 法 估算 热机 械疲 劳循 环 寿命 , 就 是要 找到 这样 一个 温 度 , 使其在该 温度 下 的等 温失效 循环 数与 对应 的热机 械疲 劳 失效 循环 数相等 v[] . 从 表 面上看 , 对某 一 特定 的条 件 , 总可 以 找 到等效温 度 . 但 因热机 械疲 劳 变化 参数较 多 , 如相位 差 与循 环温 度 范围等 , 因此 , 要 建 立等效温度 计算模 型是 不可 能的 . 由此可 知 , 热 机械 疲 劳寿命的估 算到 目前 为止 还很 不成 熟 , 基本是 沿 用 高温低 循 环疲 劳 寿命估算 法 . 现有 的研究 报告 仅 涉及 到 同相 位和 反 相位 加载 方式 , 对疲劳 寿命的估 算 方法 也 仅 限于简 单应力状 态和 简单相 位差 的范 围 内 . 5 结束语 金 属材料 的 热机 械疲 劳试 验是 研究 工 程材 料力 学行 为 与损 伤机理 和 估算 热端 零 部件 使