进验与研究航空有机玻璃的疲劳性能马丽婷,陈新文,厉(北京航空材料研究院,北京100095)摘要:通过对航空有机玻璃进行拉伸疲劳试验得到了不同应力水平下的拉伸疲劳S一N曲线以及条件疲劳强度,研究了应力比对有机玻璃拉伸疲劳性能的影响结果表明:该有机玻璃在应力比为0.4,O,1,一0.1条件下的疲劳强度分另,!为63.0,57.3,48.4MPa,其对应的拉伸疲劳S一N曲线随着应力比的增加整体上移;在相同应力水平下,应力比越大,该有机玻璃的拉伸疲劳寿命越长关键词:航空有机玻璃;拉伸疲劳试验;疲劳性能;应力比中图分类号:VZ16.3文献标志码:A文章编号:1001一4012(2011)10一0612一03FatigueProPertyofAviationPersPexMALi-ting,CHEN兀介wen,LlLei(BeijingInstituteofAeronautiealMaterials,压lzing100095,(二hina)Abstrcat:TensilefatigueSNeurvesandeonditionsfatiguestrengthofaviatlonperspexwere()ljtalnedbytensilefatiguetestandeffeetofstressratioonfatiguepropertiesoftheaviationperspexwasstudied.Theresultsshowthattheeonditionsfatiguestrengthoftheperspexwere63,O,57.3,48.4MPaundertheeonditionofstressratloswere0.4,0.1,一0.4.ThetensilefatigueS-NeurvesintegrallymoveduPwiththeinereaseofstressratio.Underthesamestresslevel,speeimenstestedwithhigherstressratiohadlongerfatiguelife.Keywords:aviationperspex;tensilefatiguetest;fatigueproperty;stresrat一疲劳安全寿命设计思想要求构件在服役循环应S一N曲线,为改进和研发新型航空有机玻璃座舱力作用下,能够满足一定的安全使用寿命飞机结透明件定寿和延寿等提供依据为此,笔者对某航构件在满足静强度设计要求的同时,应着重考虑其空有机玻璃的疲劳性能进行了研究疲劳性能和疲劳裂纹扩展性能航空有机玻璃是飞机座舱透明件的重要用材,室温下的有机玻璃对疲1试验制备与试验方法劳载荷及裂纹都比较敏感,这使得飞机座舱透明件试验材料为聚甲基丙烯酸甲酚航空有机玻璃,成为飞机上易出事故的构件之一座舱玻璃受到循由锦西化工研究院生产试验采用哑铃型光滑试环应力作用出现银纹,银纹发展成裂纹,裂纹再进一样,即应力集中系数K,一1.0,试样形状及尺寸步扩展导致结构承载功能失效可见,在飞机座舱如图1所示在MTS810疲劳试验机上依据GJB玻璃研制过程中,无论是结构设计材料研制和应用,还是材料性能表征和测试等各个环节,都应该特;7,.16/任噩巫二二下n,自由别关注座舱玻璃的疲劳性能及疲劳裂纹扩展性能20士0.2因此,有必要测试和研究目前飞机座舱透明件让16一所用典型航空有机玻璃的疲劳性能,建立测试方法()225土l里妹整犷面气创和技术,表征和测试典型航空有机玻璃的疲劳图1有机玻璃拉伸疲劳试验试样形状及尺寸示意图收稿日期:2011一03一22Fig.1Shapeandsizeofperspexspeelmenfor作者简介:马丽婷(1977一).女,工程师,硕士tensilefatiguetesting马丽婷等:航空有机玻璃的疲劳性能2033一1994航空有机玻璃拉伸疲劳试验方法进行表1不同应力比下有机玻璃拉伸疲劳试验结果FatiguetestresultsofPerspexunderdlfferentstressratio疲劳试验,采用轴向加载方式成组试验,每组试样不少于5个试验环境温度(23士2)C,湿度6(士15)%,试验频率1.0Hz,指定疲劳寿命IXIOS次,应力比R=0.4,0.1,一0.1应力比R0.40.1一0.4Tab.1中值疲劳强度(N=1火105次)/MPa63.0拉伸疲劳S一N曲线方程(N簇IXlos次)lgN=9.47一4.9419(a一55)lgN=7.22一3.1819(J二一53)lgN=5.23一1.8819(aam一47)22.1试验结果与讨论可疑观测值的取舍57.3试验过程中,对于因误操作或材料缺陷等偶然误差因素产生的异常数据应予以剔除首先将对数寿命数据按照由大到小的顺序用口lduvenet准则川进行可疑值判断,然后将判断为可疑值的数据,在确认试验过程中没有偶然误差及试样断口没有缺陷后,予以舍弃下式为试样数量为5时的可疑值判断条件:性系数分别为0.995,0.96785和0.99358由图2及表1可以看出,随着应力比的增加,有机玻璃拉伸疲劳5一N曲线的位置整体上移,条件疲劳强度提高;且指定寿命为1X105次有机玻璃的拉伸疲劳S一N曲线一直呈现下降趋势,没有出现应力平台,说明该有机玻璃经应力循环1x105次后没有达到材料本身的疲劳强度对数疲劳寿命的标准差按下式进行计算:平1>1式中x,可疑值;2.2(,5个试样平均值(计算时包括可疑值);5个试样标准差(计算时包括可疑值)拉伸疲劳S一N曲线S一N曲线拟合按有机玻璃拉伸疲劳三参数对艺(X一灭)2(n一1)(3)式中nX:灭对数疲劳寿命的标准差;试样个数;对数疲劳寿命值;对数疲劳寿命的算术平均值数模型进行:lgN一a+b19(J二一a0)(2)式中Na,b蝙应力循环次数;常数;应力循环中的最大应力,MPa;根据式(3)计算得到有机玻璃对数疲劳寿命成组法中的各组标准差见表2可以看出该有机玻璃对数疲劳寿命的分散性不会随着应力比的增大(减小)而增大(减小),所以有机玻璃应力水平的高低与对数疲劳寿命的分散性之间没有明显的规律表2Tab.2山当N~oo时的应力,MPa有机玻璃在不同应力比下的拉伸疲劳S一N曲线和方程分别见图2(图中一表示箭头尾部所指数据点寿命超出指定寿命1义105次,箭头上的数据表示结果相同的数据点数量)和表1,其拟合的相关有机玻璃对数疲劳寿命成组法的各组标准差Standarddeviationoflogarithmfatiguelifeofthegrouptest\\b留芝d.日!1{{{仁吓{{{1{{口{{川口R二一0.44一oR=0.11{1{{仁{川{1{{_R二住44{川件撇口口{{{1{1111{{{严服{}{{{{{川1{!厂叮珊压习以{厅{{{{1{{范忿忿{{川口四降1附附鸳以附附分乒F{不11{{口围目{}{{{口!珊珊门万万{{{{{{{{{{川川口崖麟囚{川厂{}口田{{{{{口川揣揣冈{}{N/次应力比R0.4标准差0.1728,0.1041,0.21160.3296,0.35,0.13一0.40.1937,0.1459,0.247082.3失效模式试验用航空有机玻璃拉伸疲劳的失效模式是断裂,试样的典型断口形貌如图3一5所示,可以看出光滑拉伸疲劳试样的断口大多数是楔形断口,少数是平整断口,最突出的宏观特征是严重分层和碎裂光滑试样在拉一拉疲劳试验(R一0.4和0.1)时的楔形断口比较多,而拉一压疲劳试验(R一一0.4)时的平整断口比较多在拉一拉疲劳试验断口上可清楚分辨出613图2Fig.不同应力比下有机玻璃的拉伸疲劳5一N曲线2TensilefatigueS-Neurvesofperspexunderdifferentstressratio(:L)楔形断口)l}低应力水平l)(平整断口(l)F19.5高应力水平图3尺一一牛时有机玻璃拉伸疲劳试样断口形貌Fraot盯norr)11()l(gy)ff:一tlguolest(zfI)crPcxwllen尺一().毛图SR一一0.牛时有机玻璃拉伸疲劳试样断日形貌Fr:,etulrn()rloh()logy()ff:一gtlrt(fl)er})xw}ler一尺一一0.1(a)Unolerl()wtre5levol(}))1丁nlrl:191lrle701F19.3(a)W19fr:lerL一r((l))Sn:()()tlofr:zetL一ru疲劳源区平坦区和粗糙区三个不同形貌的区域而在拉一压疲劳试验时,在高应力水平下的断口卜不容易分辨裂纹源区和扩展区的形貌特征.但在低应力水平下可分辨出上述三个不同形貌的区域3结论(1)试验用航空有机玻璃在应力集中系数K,一1.0,应力比分别为R一0.4.0.1一0.4的条件a)平整断口下,循环寿命为l又10凡次时的条件疲劳强度分别为63.0,57.3,48.1MPa(2)试验用航空有机玻璃在应力集中系数K,一1.0,应力比分别为R一0.1.0.1一一1条件下的拉伸疲劳5一N曲线随应力比的增大整体上移(3)在相同应力水平下,试验用航空有机玻璃随着应力比的增大,其疲劳寿命延长参考文献:(l)F19.魂楔形断口巨1习高镇同.蒋新桐.熊峻江,等.疲劳性能试验设计和数据处理巨M.北京:北京航空航天大学出版社.1:溯):15一17.图生R一().1时有机玻璃拉伸疲劳试样断I形貌Fraozuron飞orlohol()箕y()ffat一guetost()fl)crsl)exwhen尺一().1(a)n飞Soozhfr:,eture(})Wed盆efr:loturu_2口有机玻璃疲劳和断口图谱编委会.有机玻璃疲劳和断口图谱[M.北京:科学出版社.工9断:13(.i
