晶粒梯度对AA2024-T351合金微动疲劳裂纹萌生的影响研究

摘要

准确辨识微动疲劳的影响因素是微动疲劳评估和控制的关键.针对AA2024-T351合金微动疲劳断裂问题，采用考虑细观结构敏感性的晶体塑性有限元模型，探讨了以晶粒梯度表征的材料细观结构对AA2024-T351合金微动疲劳的影响；同时，结合子模型方法对微动疲劳试样接触区域进行计算，通过累积塑性滑移来确定微动疲劳裂纹萌生位置并预测裂纹萌生寿命.研究发现，晶粒梯度由于晶粒尺寸差异和晶粒边界条件的影响，导致金属材料应力场分布不均匀；相较于微动疲劳接触面，晶粒梯度对亚表面的裂纹萌生位置有显著改变；晶粒梯度对微动疲劳裂纹萌生寿命有明显影响.研究结果表明，晶粒梯度分布会改变晶粒间的塑性变形特征；随着晶粒梯度增大，亚表面的裂纹萌生寿命逐渐超过接触表面；晶粒梯度的变化对亚表面裂纹形核位置产生显著影响，从而决定了裂纹扩展趋势.基于该研究结论，使用材料加工方法改变金属的晶粒梯度分布，将有效抑制微动疲劳裂纹萌生和扩展.

关键词

微动疲劳 / 裂纹萌生 / 晶粒梯度 / 晶体塑性 / 有限元法