随着对疲劳问题的深入研究,人们发现目前的疲劳能量耗散理论还存在许多不足,尤其缺乏对它进行全面研究。以往由于实验手段及理论知识的限制,研究者只能根据各自感兴趣的问题从不同的角度开展研究,而实际上,随着先进试验仪器的出现,实现这种全面研究已有可能。在此基础上,作者就希望通过研究温度及表面微观形貌的变化来实现对能量耗散变化的全面研究,进而完善疲劳能量耗散理论。 在研究的过程中,作者分析了纯铜疲劳过程中的能量耗散过程,发现材料形变过程中消耗的机械功以多种能量形式耗散。其中绝大部分是以热耗散的形式散失于环境中和以显微结构畸变的形式贮存于材料中。通过分析热耗散及储能的变化规律,发现热耗散的不均匀分布使材料单元间产生热传导、材料与环境间产生热交换,并在材料中形成局域温度场;储能的变化引起材料微观结构的变化,甚至表面微观形貌的变化,它与材料的损伤状态是直接相关的。 大量研究表明,温度的变化与热耗散的变化具有自相似性,且能够反映材料疲劳变化的不同过程;表面微观形貌的变化与储能的变化是一致的,它反映了材料疲劳变化的不同状态。把这两者结合来研究疲劳能量耗散规律是一种比较全面也比较科学的方法。 本文介绍了疲劳过程中机械能耗的测试方法和结果。纯铜是Masing材料,在疲劳过程中发生循环蠕变,其循环应力应变曲线分为三个阶段。循环滞回能在循环初期呈快速升高的趋势,随后逐渐趋于稳定,在疲劳破坏发生前的最后阶段又迅速衰减,其大小随着应力水平的增加而增加。累积塑性应变能随着加载频率及应力水平的增加而增加,与疲劳寿命在半对数坐标下呈线性关系。 运用高精度的红外热像仪和远距离高倍显微镜同步测量了光滑纯铜试样与缺口纯铜试样在静拉伸过程和疲劳过程中的温度变化与表面微观形貌变化。试样在变形的过程中,其表面温度变化与表面微观形貌变化存在明显的相关性,且两者随着试样形状、加载方式的不同而出现不同的变化。根据热传导的傅立叶定律、能量耗散控制方程及有限元分析,作者发现温度与储能(表面微观形貌)在能量