68、低合金钢疲劳裂纹扩展估计与汽车动力学模拟研究

低合金钢疲劳裂纹扩展估计与汽车动力学模拟研究

1. 低合金钢疲劳裂纹扩展研究

1.1 研究背景与材料

在汽车承载结构元件的工程设计中，低合金钢常受到随机和不规则载荷的作用。为了准确估计其疲劳裂纹扩展情况，研究考虑了不同不对称比 (R) 和最大载荷 (P_{max}) 的影响。实验采用的材料是尺寸为 (60×62.5×5) mm 且带有边缘裂纹的紧凑试样，该试样由接近俄罗斯钢 09G2 的低合金钢切割而成，这种合金常用于汽车工业，特别是制造乘用车的前悬架。

材料的化学组成（质量百分比）为：Fe 98.7；C 0.078；Cr 0.1；Cu 0.016；Mn 0.96；Nb 0.04；Si 0.1；Ti 0.016；Al 0.036。其机械性能为：极限强度 (\sigma_{u} = 496) MPa，条件屈服强度 (\sigma_{y} = 345) MPa，伸长模量 (E = 210) GPa。由于试样厚度为 5 mm，可认为疲劳裂纹在平面应力条件下扩展。

1.2 研究技术与测试过程

实验研究使用了专门的软件 MTL - 32 来控制载荷控制模式下的测试。VAFCP 软件可在各种加载条件下自动进行测试，包括控制加载水平以提供设定的 (K) 值，并自动记录裂纹长度和其他测试结果。采用柔度法测量裂纹长度，使用 BISS Bi - 06 - 201 裂纹张开位移（COD）计测量试样边缘之间的距离。测试在正常环境条件下的空气中进行，主要加载类型的频率为 10 Hz，测试程序符合 ASTM E 647 - 08 规范。

裂纹抗性测试程序包括在恒定振幅（CAL）和可变振幅加载（VAL）下进行测试，不对称比 (R) 从 0 到