研究溫度對有機(jī)玻璃的疲勞性產(chǎn)生的影響
試驗(yàn)試驗(yàn)材料為18mm厚MDYB23號定向航空有機(jī)玻璃，疲勞試驗(yàn)在CSS280材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，采用成組法測試在不同溫度下的疲勞壽命，溫度是利用MT7006L中低溫（-70～+150℃）控制箱來實(shí)現(xiàn)，恒溫時(shí)箱內(nèi)溫度最大波動誤差約為±012℃。實(shí)驗(yàn)選擇在幾個(gè)典型溫度中（-50℃，-25℃，18℃，60℃和90℃）測試材料的疲勞壽命。加載方式為軸向拉2拉正弦波等幅載荷，應(yīng)力比取011，頻率為1Hz.試驗(yàn)結(jié)果疲勞試驗(yàn)的結(jié)果一般以S2N曲線表示。對試驗(yàn)溫度下每次疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)按照式（1）可以擬合出一條光滑的S2N曲線，試驗(yàn)測試的5個(gè)溫度點(diǎn)下的有機(jī)玻璃的S2N曲線如所示。由可見，隨著溫度的升高，疲勞強(qiáng)度有大幅度下降。：MDYB23有機(jī)玻璃疲勞性能溫度效應(yīng)研究不同溫度下有機(jī)玻璃的疲勞壽命及其S2N曲線數(shù)據(jù)分析（1）疲勞方程對壽命取對數(shù)后，對不同溫度下的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行線性回歸分析，結(jié)果如所示。
疲勞包絡(luò)線根據(jù)疲勞試驗(yàn)結(jié)果，可以粗略地畫出由環(huán)境溫度、最大應(yīng)力水平和疲勞破壞時(shí)的循環(huán)次數(shù)表示的疲勞破壞的包絡(luò)線，顯示的是不同溫度下疲勞壽命大約為1000，10000，50000次時(shí)對應(yīng)的應(yīng)力水平，其中σb表示不同溫度下的拉伸強(qiáng)度。由該曲線可以看出，常溫時(shí)（18℃左右）有機(jī)玻璃的疲勞強(qiáng)度折損較大，利用該曲線圖，若已知其中任意2個(gè)參數(shù)時(shí)，就可以方便地估計(jì)出第3個(gè)參數(shù)。疲勞包絡(luò)線疲勞變形在試驗(yàn)過程中，測定了試樣的變形值，實(shí)測結(jié)果表明，隨著溫度的升高，有機(jī)玻璃疲勞破壞時(shí)總應(yīng)變增大。經(jīng)整理，得到不同溫度下最大應(yīng)變與疲勞次數(shù)之間的關(guān)系。表示的是疲勞過程中，18℃時(shí)不同應(yīng)力水平下的最大應(yīng)變εmax與循環(huán)次數(shù)比的變化曲線。
由可見，疲勞過程中總應(yīng)變的發(fā)展大致可以分為3個(gè)階段：在疲勞的初始階段，應(yīng)變很快增長，該階段約占整個(gè)疲勞壽命的5%，可以稱為瞬態(tài)疲勞階段；第2個(gè)階段時(shí)應(yīng)變呈穩(wěn)定的線性遞增趨勢，可以稱為穩(wěn)態(tài)疲勞階段，由圖可知，應(yīng)變增長速率隨著應(yīng)力水平的提高而加快，該過程占整個(gè)疲勞壽命的85%～95%.第3個(gè)階段是疲勞破壞階段，表現(xiàn)為應(yīng)變急劇增長，并且很快發(fā)生斷裂失效，這種情況在高應(yīng)力狀態(tài)表現(xiàn)得較為明顯，約占整個(gè)壽命的5%～10%，但在低應(yīng)力水平（高周疲勞）時(shí)這個(gè)階段得不到反映。鑒于疲勞總應(yīng)變發(fā)展中，第2階段總應(yīng)變所具有的特點(diǎn)，有必要研究應(yīng)變增長率ε與疲勞壽命的關(guān)系，不同溫度下部分實(shí)測結(jié)果如所示?？梢园l(fā)現(xiàn)：高溫時(shí)比低溫時(shí)的應(yīng)變率大；低壽命比高壽命的應(yīng)變率大。為第2階段應(yīng)變增長率對于給定的疲勞載荷，該階段總應(yīng)變增長率為某一定值，通過建立第2階段的應(yīng)變增長率ε與疲勞壽命之間的關(guān)系，由此可以簡便地估算疲勞壽命，不同溫度下，疲勞第2階段總應(yīng)變增長率與疲勞壽命的雙對數(shù)關(guān)系如所示。
