基于CAE技术的铝型材挤压模具疲劳寿命仿真分析(7)

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高教硕士学位论文

的巨大成就，如电子计算机技术、有限元等数值模拟技术与物理模拟技术、断裂力学、热磨损热疲劳模拟技术等方面的研究成果与先进技术对铝合金挤压模具的失效和寿命问题进行了更深入广泛和有价值的研究。取得了长足的进步，其主要研究成果一是对铝挤压模具早期失效与使用寿命基本概念和定义更加清晰明确和科学化：二是对失效类型进行广泛调研并分类；三是对实效原因及机理进行研究，并针对各种失效形式产生的原因和机制研究开发了许多有价值的提高模具寿命或延迟失效的方法和工艺措施【１２，１３，１４，１５，１６】。

１．２国内外疲劳破坏问题研究历史和现状

疲劳破坏问题最早出现在铁路行业。十九世纪初，随着铁路运输的发展，机车车轴的疲劳破坏成为当时工程上遇到的第一个疲劳强度问题。有记载的最早的疲劳试验是德国人Ｗ．Ａ．艾伯特于ｌ８２９年进行的。他对用铁制作的矿山升降机链条进行了反复加载试验，在１０５次循环后破坏。１８４３年，苏格兰人ＷＩＭ．兰金对疲劳断裂的不同特征有了认识，并注意到机器部件存在应力集中的危险性。第一次对疲劳强度进行系统试验的是德国人Ａ．沃勒，他从１８４７年至１８８９年在斯特拉斯堡皇家铁路工作期间，完成了循环应力下的多种疲劳试验。ｌ８５０年，他设计了旋转弯曲疲劳试验机，用来进行全尺寸机车车轴的疲劳试验和在不同应力下的疲劳试验，认识到疲劳破坏可以在应力低于弹性极限时发生，并存在一个应力幅极限值，当应力幅小于该值时就不会发生疲劳破坏。他从应力．寿命图上指出，疲劳寿命随应力幅的增大而降低。这样，Ａ．沃勒首次提出了Ｓ．Ｎ曲线及疲劳极限的概念。他提出对疲劳来讲，应力幅要比平均应力更为重要。Ａ．沃勒为常规疲劳强度设计奠定了基础。Ｊ．包辛格是首先研究循环应力．应变关系的人。１８８４年Ｊ．包辛格在验证Ａ．沃勒的疲劳实验时，发现了“循环软化’’现象，当时并未引起人们的重视，直到１９５２年柯杨做铜棒的疲劳试验时才被重新提出来，并被命名为“包辛格效应’’。

到二十世纪，光学显微镜被用于疲劳机制的研究，人们发现了滑移线和滑移带。１９２０年Ｇｒｉｆｉｔｈ研究了玻璃的脆性断裂，提出在初始裂纹ａ和名义应力Ｓ下，断裂有这样的关系：Ｓａ“＝常数。Ｇｒｉｆｆｉｔｈ的这一成果开创了断裂力学。

１９２９到１９３０年，Ｈａｉｇｈ提出了缺１２１应变分析和残余应力的概念，三十年代喷丸工艺被用于汽车工业。Ａｌｍｅｎ解释了残余压应力对疲劳寿命的益处并推广了喷丸工艺。二战期间残余压应力已经被广泛用在飞机引擎和军用车辆上。在第二次世界大战中，发生了多起飞机疲劳失事事故。由此发展了疲劳累积损伤理论，开展了有限寿命设计。１９２４年，Ｊ．Ｖ．帕姆格伦首先提出线性累积损伤理论，ｌ９４５年Ｍｉｎｅｒ在帕姆格伦的工作的基础上提出了疲劳的线性积累破坏准则，即Ｐａｌｍｇｒｅｎ．Ｍｉｎｅｒ准则。该准则至今仍被广泛应用。二十世纪五十年代，闭环控制