40CrNiMoA钢的疲劳特性实验研究
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摘要
联轴器螺栓是汽轮机的重要部件之一。国内外曾多次发生联轴器
螺栓断裂事故，甚至导致机毁人亡的灾难。因此，有必要加强对螺栓
的寿命管理。目前，40CrNiMoA材料正被各厂家广泛使用。然而，
研究该种材料疲劳特性的工作还开展得较少。本文在试验的基础上，
对该材料的常温疲劳特性进行了研究。主要工作如下：
1、利用CSS-280 100KN电液伺服试验机对40CrNiMoA螺栓材
料在常温下进行了低周轴向疲劳试验，获得了该材料的循环应力-应
变参数和疲劳寿命特性参数，并给出了在不同存活率下的疲劳寿命曲
线。
2、利用MTS拉-扭电液伺服试验机对40CrNiMoA材料在常温下
进行了剪切疲劳试验，得到了材料的剪切循环应力-应变特性参数和
应变疲劳寿命特性参数，并给出了在不同存活率下的剪应变疲劳寿命
曲线。
3、利用现有多轴疲劳寿命模型将轴向疲劳和剪切疲劳有机地联
系起来，讨论了几种不同寿命预测模型的精度。在轴向疲劳和扭转疲
劳的实验结果基础上，提出了基于剪切形式的预测模型。实验证明：
该模型与实验数据拟合较好，具有很高的精度。从而，得到了多轴疲
劳寿命预测模型。
Coupling bolt is one of the important components for the steam
turbogenerator. Many catastrophes are caused by the failure of the
coupling bolt. So it is necessary to impose the life management for the
bolt. The material, 4OCrNiMoA, is now widely used by lots of
manufactories. However, the fatigue behaviors of the material have
poorly studied.
The fatigue behaviors of 4OCrNiMoA are studied experimentally in
this paper. The main work is as follows:
1 .The axial LCF experiments at room temperature in air on solid
circular specimens of 4OCrNiMoA are performed, using the CSS-280
electric-hydraulic servo-controlled fatigue testing machine. Fatigue
parameters of the material including cyclic stress-strain parameters
and strain-life parameters are given in this paper.
2.The torsional LCF experiments under the same conditions on
thin-walled tubular specimens of the material are performed, using
the tension-torsion testing machine. Torsional fatigue parameters
including cyclic stress-strain parameters and strain-life parameters
are also given.
3.Several multiaxial fatigue life models are used to correlate the
torsional fatigue and tensional fatigue. The precisions of these
different models are discussed. The model based on torsion is
presented by the experiments. ft is proved that this model has high
precision. So multiaxial life model is found.
Author:
Pu Zelin (Thermal Engineering)
Directed
by: Kun Yang, Prof
Zongde Liu, Prof
螺栓断裂事故，甚至导致机毁人亡的灾难。因此，有必要加强对螺栓
的寿命管理。目前，40CrNiMoA材料正被各厂家广泛使用。然而，
研究该种材料疲劳特性的工作还开展得较少。本文在试验的基础上，
对该材料的常温疲劳特性进行了研究。主要工作如下：
1、利用CSS-280 100KN电液伺服试验机对40CrNiMoA螺栓材
料在常温下进行了低周轴向疲劳试验，获得了该材料的循环应力-应
变参数和疲劳寿命特性参数，并给出了在不同存活率下的疲劳寿命曲
线。
2、利用MTS拉-扭电液伺服试验机对40CrNiMoA材料在常温下
进行了剪切疲劳试验，得到了材料的剪切循环应力-应变特性参数和
应变疲劳寿命特性参数，并给出了在不同存活率下的剪应变疲劳寿命
曲线。
3、利用现有多轴疲劳寿命模型将轴向疲劳和剪切疲劳有机地联
系起来，讨论了几种不同寿命预测模型的精度。在轴向疲劳和扭转疲
劳的实验结果基础上，提出了基于剪切形式的预测模型。实验证明：
该模型与实验数据拟合较好，具有很高的精度。从而，得到了多轴疲
劳寿命预测模型。
Coupling bolt is one of the important components for the steam
turbogenerator. Many catastrophes are caused by the failure of the
coupling bolt. So it is necessary to impose the life management for the
bolt. The material, 4OCrNiMoA, is now widely used by lots of
manufactories. However, the fatigue behaviors of the material have
poorly studied.
The fatigue behaviors of 4OCrNiMoA are studied experimentally in
this paper. The main work is as follows:
1 .The axial LCF experiments at room temperature in air on solid
circular specimens of 4OCrNiMoA are performed, using the CSS-280
electric-hydraulic servo-controlled fatigue testing machine. Fatigue
parameters of the material including cyclic stress-strain parameters
and strain-life parameters are given in this paper.
2.The torsional LCF experiments under the same conditions on
thin-walled tubular specimens of the material are performed, using
the tension-torsion testing machine. Torsional fatigue parameters
including cyclic stress-strain parameters and strain-life parameters
are also given.
3.Several multiaxial fatigue life models are used to correlate the
torsional fatigue and tensional fatigue. The precisions of these
different models are discussed. The model based on torsion is
presented by the experiments. ft is proved that this model has high
precision. So multiaxial life model is found.
Author:
Pu Zelin (Thermal Engineering)
Directed
by: Kun Yang, Prof
Zongde Liu, Prof
引文
[1] Peter J. Bonacuse and Sreeramesh Kalluri, Elevated Temperature Axial and Torsional Fatigue Behavior of Haynes 188, J. Eng. Mat and Tech., 1995, 117(4) , 191-198．
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[3] Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing (ASME E606-92) , 1990
[4] GB／T15248-94． 金属材料轴向等幅低循环疲劳试验方法．1994
[5] Garud Y S, Multiaxial Fatigue, A Survey of the Art, J.Testing and Evalution, 1981, 9 (3) , 11-18．
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[7] Marth D E, An energy criterion for low-cycle fatigue,ASME STP378 American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1965, 45-81．
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