Longue durée de vie et haute fiabilité sont les indices importants des principaux équipements d'ingénierie, en particulier les composants clés représentés par les moteurs d'aviation avancés et les essieux ferroviaires à grande vitesse, qui sont soumis à plus de 107, voire 1 010 cycles de chargement cyclique au cours de leur durée de vie, et sont entrés dans la catégorie de recherche sur la fatigue ultra-élevée (c'est-à-dire une fatigue de plus de 107 cycles), qui bouleverse la résistance à la fatigue et la conception de durée de vie traditionnelles basées sur la limite de fatigue (correspondant à 107 cycles). Cela a bouleversé la conception traditionnelle de résistance à la fatigue et de durée de vie basée sur la limite de fatigue (correspondant à 107 cycles), et est devenu la frontière et le point chaud de la recherche sur la fatigue ces dernières années. Par conséquent, il est d’une grande importance scientifique et d’une grande valeur d’application technique de révéler les micro-mécanismes et les lois de la fatigue ultra-élevée, et d’établir un modèle de prédiction précis de la durée de vie et de la résistance à la fatigue.
Le groupe de mécanique informatique des microstructures du Laboratoire clé d'État de mécanique non linéaire de l'Institut de mécanique de l'Académie chinoise des sciences, prend l'alliage de titane TC17 et l'alliage de titane TC4 pour moteurs d'avion comme objets de recherche, révèle que les jumeaux de déformation et les nanocristaux formés dans le le processus de chargement par fatigue sont les facteurs importants pour la germination et l'évolution des fissures de fatigue périphérique à ultra-haute dans l'alliage de titane, et met en avant le mécanisme de germination et d'expansion initiale des fissures de fatigue périphérique à ultra-haute dans l'alliage de titane ; l'étude est menée à travers la conception d'un chargement à amplitude variable et mesure la durée de vie et la résistance à la fatigue. Grâce à la conception d'un chargement à amplitude variable, le taux d'extension de fissure équivalent de 10-13~10-11 m/cyc dans la région d'initiation et d'extension initiale de fissure UHF est mesuré, puis la durée de vie en fatigue UHF est prédite, et les résultats de prédiction sont en accord avec les résultats expérimentaux.
Il a été constaté que non seulement les défauts du matériau dégradent considérablement les performances en fatigue des alliages de titane, mais également que l'effet des défauts sur le comportement en fatigue cyclique élevée et ultra élevée est étroitement lié à la forme sous laquelle les défauts sont introduits. Pour les défauts de matériaux internes, les courbes SN de fatigue cyclique élevée et ultra élevée montrent une diminution continue, tandis que les courbes SN des spécimens artificiellement défectueux en surface sont caractérisées par une région de plateau. Les observations en microscopie in situ, en microscopie électronique à balayage et en microscopie électronique à transmission ont montré que, contrairement à la rupture par fatigue à cycle ultra élevé induite par un défaut interne, la fatigue à cycle ultra élevé induite par un défaut artificiel de surface ne montrait pas de processus lent d'initiation et d'expansion initiale de fissure. avec la formation de nano-grains, et qu'une fois les fissures amorcées, celles-ci se développeraient rapidement et les échantillons se briseraient en un très petit nombre de cycles. Les chercheurs attribuent cet échec à l'effet synergique des charges de fatigue et des processus dépendant du temps (par exemple, l'influence de la vapeur d'eau, l'action de l'hydrogène, etc.). L'étude propose en outre un modèle pour l'effet de la géométrie de l'éprouvette et des défauts de surface sur la résistance à la fatigue cyclique élevée et ultra-élevée des alliages de titane. Le modèle peut être utilisé non seulement pour corréler l'effet des défauts sur la résistance à la fatigue des alliages de titane, mais également être utilisé efficacement dans la littérature sur l'effet des défauts (y compris les fissures) sur la résistance à la fatigue de longue durée de certains matériaux métalliques.
L'équipe de recherche a mené une étude comparative de la capacité prédictive de plusieurs modèles couramment utilisés de l'effet des rapports de contrainte sur la résistance à la fatigue à cycle élevé dans la catégorie de fatigue à cycle ultra-élevé. Les données expérimentales de divers matériaux montrent que la formule de Walker σ , R=σ ,-1 [(1-R)/2] se compare favorablement à la formule de Goodman σa, R= σ ,-1 [1-(σm/σb)] et la formule de Smith-Watson-Topper σa, R=σ ,-1 [(1-R) /2]. -R)/2]1/2 pour mieux prédire l'effet du rapport de contrainte sur la résistance à la fatigue d'une circonférence ultra-élevée, où σ , R et σ ,-1 sont les résistances à la fatigue aux rapports de contrainte R et {{ 22}}, respectivement, σm et σb sont les contraintes moyennes et les résistances à la traction, et sont un paramètre matériel.
Les travaux de recherche ont été soutenus par le projet « Problèmes multi-échelles de mécanique non linéaire » du Centre des sciences fondamentales de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (NSFC) et par le projet « Base scientifique des matériaux à haute température des moteurs d'aviation/fabrication avancée et défaillance. Projet de culture "Diagnosis" du programme de recherche majeur du NSFC. Soutenu par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (NSFC). Certains résultats de la recherche ont été publiés dans Int. J. Fatigue 2023, 166 : 107299 ; 2023,167 : 107331 ; 2022, 160 : 106862 ; Ing. Fract. Mécanique. 2022, 259 : 108136 ; 2022, 272 : 108721 ; 2022, 272 : 108721 ; 2022, 272 : 108721 ; 2022, 272 : 108721 ; 2022, 272 : 108721 ; 2022, 272 : 108721 ; 2022, 272 : 108721 ; 2022, 272 : 108721. 108721 ; 2022, 276 : 108940 ; J. Mater. Sci. Technologie. 2022, 122 : 128-140 ; Théorique. Appl. Fract. Mécanique. 2022, 119 : 103380.
