Lunga durata ed elevata affidabilità sono gli indici importanti delle principali apparecchiature ingegneristiche, in particolare dei componenti chiave rappresentati dai motori aeronautici avanzati e dagli assali ferroviari ad alta velocità, che sono soggetti a più di 107 o addirittura 1010 cicli di carico ciclico durante la vita utile, e sono entrati nella categoria di ricerca della fatica ultraelevata (ovvero, fatica superiore a 107 cicli), che sovverte la tradizionale resistenza alla fatica e la progettazione della vita basata sul limite di fatica (corrispondente a 107 cicli). Ciò ha ribaltato la tradizionale resistenza alla fatica e la progettazione della durata basata sul limite di fatica (corrispondente a 107 cicli) ed è diventata la frontiera e il punto caldo della ricerca sulla fatica negli ultimi anni. Pertanto, è di grande importanza scientifica e valore applicativo ingegneristico rivelare i micromeccanismi e le leggi della fatica ultraelevata e stabilire un modello di previsione accurato della vita a fatica e della resistenza alla fatica.
Il gruppo di meccanica computazionale della microstruttura del Laboratorio statale chiave di meccanica non lineare, Istituto di meccanica, Accademia cinese delle scienze, prende come oggetti di ricerca la lega di titanio TC17 e la lega di titanio TC4 per motori aeronautici, rivela che i gemelli di deformazione e i nanocristalli formatisi nel il processo di carico di fatica è un fattore importante per la germinazione e l'evoluzione delle cricche da fatica periferiche ultraelevate nella lega di titanio e propone il meccanismo della germinazione e dell'espansione iniziale delle cricche da fatica periferiche ultraelevate nella lega di titanio; lo studio è condotto attraverso la progettazione di carichi ad ampiezza variabile e misura la vita a fatica e la resistenza alla fatica. Attraverso la progettazione del carico ad ampiezza variabile, viene misurato il tasso di estensione della fessura equivalente di 10-13~10-11m/ciclo nella regione dell'inizio della fessura UHF e dell'estensione iniziale, quindi viene prevista la durata a fatica UHF, e i risultati della previsione sono in accordo con i risultati sperimentali.
Si è scoperto che non solo i difetti dei materiali degradano significativamente la prestazione a fatica delle leghe di titanio, ma anche che l’effetto dei difetti sul comportamento a fatica ad alto e ultraelevato numero di cicli è strettamente correlato alla forma in cui i difetti vengono introdotti. Per i difetti interni dei materiali, le curve SN di fatica ad alto e ultra elevato numero di cicli mostrano una diminuzione continua, mentre le curve SN dei campioni superficiali artificialmente difettosi sono caratterizzate da una regione di plateau. Le osservazioni al microscopio in situ, al microscopio elettronico a scansione e al microscopio elettronico a trasmissione hanno mostrato che, a differenza della rottura per fatica a ciclo ultraelevato indotta da difetti interni, la fatica a ciclo ultraelevato indotta da difetti superficiali non ha mostrato un lento processo di innesco della cricca e di espansione iniziale con la formazione di nano-grani e che, una volta avviate le crepe, queste crescerebbero rapidamente e i campioni si guasterebbero in un numero molto limitato di cicli. I ricercatori attribuiscono questo fallimento all'effetto sinergico del carico di fatica e dei processi dipendenti dal tempo (ad esempio, l'influenza del vapore acqueo, l'azione dell'idrogeno, ecc.). Lo studio propone inoltre un modello per l'effetto della geometria del campione e dei difetti superficiali sulla resistenza alla fatica a ciclo elevato e ultraelevato delle leghe di titanio. Il modello può essere utilizzato non solo per correlare l'effetto dei difetti sulla resistenza alla fatica delle leghe di titanio, ma anche efficacemente utilizzato in letteratura sull'effetto dei difetti (comprese le cricche) sulla resistenza alla fatica ad alto periodo di alcuni materiali metallici.
Il gruppo di ricerca ha condotto uno studio comparativo sulla capacità predittiva di diversi modelli comunemente utilizzati dell'effetto dei rapporti di sollecitazione sulla resistenza alla fatica ad alto numero di cicli nella categoria della fatica ad altissimi cicli. I dati sperimentali di vari materiali mostrano che la formula di Walker σ , R=σ ,-1 [(1-R)/2] si confronta favorevolmente con la formula di Goodman σa, R= σ ,-1 [1-(σm/σb)] e la formula di Smith-Watson-Topper σa, R=σ ,-1 [(1-R) /2]. -R)/2]1/2 per prevedere meglio l'effetto del rapporto di sollecitazione sulla resistenza a fatica di una circonferenza ultraelevata, dove σ , R e σ ,-1 sono le resistenze a fatica ai rapporti di sollecitazione R e {{ 22}}, rispettivamente, σm e σb sono le sollecitazioni medie e le resistenze a trazione ed è un parametro del materiale.
Il lavoro di ricerca è stato sostenuto dal progetto "Multiscale Problems of Nonlinear Mechanics" del Basic Science Center della National Natural Science Foundation of China (NSFC) e dal progetto "Scientific Basis of Aero-engine High-temperature Materials/Advanced Manufacturing and Failure" Diagnosis" del progetto di coltivazione del NSFC Major Research Program. Supportato dalla National Natural Science Foundation of China (NSFC). Alcuni dei risultati della ricerca sono stati pubblicati su Int. J. Fatica 2023, 166: 107299; 2023,167:107331; 2022, 160: 106862; L'Ing. Fratto. Mecc. 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. Tecnologia. 2022, 122: 128-140; Teore. Appl. Fratto. Mecc. 2022, 119: 103380.
