חיים ארוכים ואמינות גבוהה הם המדדים החשובים של ציוד הנדסי עיקרי, במיוחד מרכיבי המפתח המיוצגים על ידי מנועי תעופה מתקדמים וסרני רכבת מהירות, אשר נתונים ליותר מ-107 או אפילו 1010 מחזורי העמסה מחזורית במהלך חיי השירות, וכן נכנסו לקטגוריית המחקר של עייפות אולטרה-גבוהה (כלומר, עייפות של יותר מ-107 מחזורים), מה שמערער את חוזק העייפות המסורתי ועיצוב החיים המבוסס על מגבלת עייפות (המקבילה ל-107 מחזורים). זה הפך את חוזק העייפות המסורתי ועיצוב החיים המבוסס על מגבלת העייפות (המקבילה ל-107 מחזורים), והפך לנקודת הגבול והנקודה החמה של חקר העייפות בשנים האחרונות. לכן, יש משמעות מדעית גדולה וערך יישום הנדסי לחשוף את המיקרו מנגנונים וחוקי עייפות גבוהה במיוחד, ולבסס מודל חיזוי מדויק של חיי עייפות וחוזק עייפות.
קבוצת המכניקה החישובית של מיקרו-מבנה של מעבדת המפתח למכניקה לא לינארית, המכון למכניקה, האקדמיה הסינית למדעים, לוקחת את סגסוגת טיטניום TC17 וסגסוגת טיטניום TC4 עבור מנוע אווירי כאובייקטי המחקר, חושפת כי תאומי הדפורמציה והננו-גבישים שנוצרו ב- תהליך העמסת עייפות הם הגורמים החשובים לנביטה ולהתפתחות של סדקי עייפות היקפיים גבוהים במיוחד בסגסוגת טיטניום, ומציג את המנגנון של הנביטה וההתרחבות הראשונית של סדקי עייפות היקפיים גבוהים במיוחד בסגסוגת טיטניום; המחקר נערך באמצעות תכנון של טעינת משרעת משתנה, ומודד את חיי העייפות וחוזק העייפות. באמצעות התכנון של טעינת משרעת משתנה, נמדד קצב הארכת הסדק המקביל של 10-13~10-11m/cyc באזור התחלת הסדק והארכה הראשונית של UHF, ולאחר מכן מנבאים את חיי העייפות של UHF, ותוצאות החיזוי תואמות את תוצאות הניסוי.
נמצא שלא רק שפגמים בחומר פוגעים באופן משמעותי בביצועי העייפות של סגסוגות טיטניום, אלא גם שהשפעת הפגמים על התנהגות העייפות במחזור הגבוה והאולטרה-גבוה קשורה קשר הדוק לצורה שבה הפגמים מוכנסים. עבור פגמים פנימיים בחומר, עקומות עייפות SN במחזור גבוה ואולטרה-גבוה מציגות ירידה מתמשכת, בעוד שעקומות ה-SN של דגימות הפגומות באופן מלאכותי מאופיינות באזור מישור. תצפיות במיקרוסקופיה במקום, במיקרוסקופיה אלקטרונית סורקת ותצפיות במיקרוסקופיה של אלקטרונים בהעברה הראו שבניגוד לכשל בעייפות אולטרה-גבוה-גבוה-מפני פגמים, עייפות אולטרה-גבוהה-משטח-מלאכותי-פגם-משטח לא הראתה תהליך איטי של התחלת סדק והתרחבות ראשונית. עם היווצרות של ננו-גרגירים, וכי ברגע שהסדקים היו יזומים, הסדקים יגדלו במהירות והדגימות ייכשלו במספר קטן מאוד של מחזורים. החוקרים מייחסים את הכשל הזה להשפעה הסינרגטית של העמסת עייפות ותהליכים תלויי זמן (למשל, השפעת אדי מים, פעולת מימן וכו'). המחקר מציע עוד מודל להשפעה של גיאומטריית הדגימה ופגמי פני השטח על חוזק העייפות הגבוה והאולטרה-גבוה של סגסוגות טיטניום. המודל יכול לשמש לא רק כדי לתאם את ההשפעה של פגמים על חוזק העייפות של סגסוגות טיטניום, אלא גם להשתמש ביעילות בספרות על השפעת פגמים (כולל סדקים) על חוזק העייפות של כמה חומרים מתכתיים.
צוות המחקר ערך מחקר השוואתי של יכולת הניבוי של מספר מודלים נפוצים של השפעת יחסי מתח על חוזק עייפות במחזור גבוה בקטגוריית עייפות במחזור גבוה. הנתונים הניסויים של חומרים שונים מראים שהנוסחה של ווקר σ , R=σ ,-1 [(1-R)/2] משתווה לטובה עם הנוסחה של גודמן σa, R= σ ,-1 [1-(σm/σb)] והנוסחה של Smith-Watson-Topper σa, R=σ ,-1 [(1-R) /2]. -R)/2]1/2 כדי לחזות טוב יותר את השפעת יחס המתח על חוזק העייפות של היקף אולטרה-גבוה, כאשר σ , R ו- σ ,-1 הם חוזקות העייפות ביחסי המתח R ו-{{ 22}}, בהתאמה, σm ו-σb הם הלחצים הממוצעים וחוזק המתיחה, והוא פרמטר חומרי.
עבודת המחקר נתמכה על ידי פרויקט "בעיות רב-קנה מידה של מכניקה לא ליניארית" של מרכז המדע הבסיסי של הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (NSFC), וה"בסיס המדעי של חומרים בטמפרטורה גבוהה במנוע אווירי/ייצור וכשל מתקדם פרויקט הטיפוח של אבחון" של תוכנית המחקר העיקרית של NSFC. נתמך על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (NSFC). חלק מתוצאות המחקר פורסמו ב- Int. J. Fatigue 2023, 166: 107299; 2023,167:107331; 2022, 160: 106862; Eng. פרק. Mech. 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; ג'יי מאטר. Sci. טכנול. 2022, 122: 128-140; אור. יישום פרק. Mech. 2022, 119: 103380.
