【摘 要】
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金属疲劳是工程结构和材料服役中常见的破坏形式，往往在无法预料的情形下导致灾难性事故，人们一直在探寻预防和评估的方法。疲劳破坏涉及复杂的过程，材料经历循环载荷作用后，其表面显微形貌不可避免地会有所变化，如何选择适当、能定量描述材料疲劳累积损伤的物理参量以及能否直接或间接的测量，并合理评估材料疲劳寿命和剩余寿命是关键问题。为此本文对材料疲劳损伤破坏机制、损伤演化的表面特征、细观数值模型和计算等方面开展
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金属疲劳是工程结构和材料服役中常见的破坏形式，往往在无法预料的情形下导致灾难性事故，人们一直在探寻预防和评估的方法。疲劳破坏涉及复杂的过程，材料经历循环载荷作用后，其表面显微形貌不可避免地会有所变化，如何选择适当、能定量描述材料疲劳累积损伤的物理参量以及能否直接或间接的测量，并合理评估材料疲劳寿命和剩余寿命是关键问题。为此本文对材料疲劳损伤破坏机制、损伤演化的表面特征、细观数值模型和计算等方面开展以下试验与分析模型研究：
（1）通过对310s不锈钢进行不同应变幅值下的拉压疲劳、扭转疲劳试验，研究相应情形下材料的滞回行为、标定反映其力学性能的模型参数，分析该材料在两种不同加载作用下抗疲劳特性的差异。并通过不同应变幅值下的循环稳定应力-应变滞回曲线比较分析，探讨该材料非Masing特性。
（2）将经历不同应变幅下经历不同循环的310s不锈钢和HRB335钢两种材料试样进行单轴拉伸至断裂，基于试验研究发现经历了不同预疲劳循环的试样通过大变形拉伸后，在光学显微镜下能观察到试样颈缩部位明显呈现出与循环次数相关的裂痕分布差异，消耗寿命越多差异越明显，这一现象对于描述疲劳累积损伤具有重要意义。
（3）针对金属试样表面裂痕的图像特征与疲劳寿命耗损强烈相关的现象，提出了采用“单位裂痕面积”作为表征疲劳累积损伤定量描述的新参量，并建议了评估材料经低周拉压循环后剩余寿命的新方法。该方法在指定应变幅循环下测得的单位裂痕面积随循环数增加的规律，可用于预测不同应变幅循环下的材料疲劳寿命和剩余寿命。
（4）通过数值模拟计算和统计分析方法，从细观角度研究循环载荷下材料自由表面不均匀变形的演化规律及其与疲劳寿命的关系，发展了先于疲劳试验预测材料疲劳寿命的方法。在此基础上，建议了针对非Masing特性材料疲劳寿命预测的新方法，显著提高预测结果合理性。
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