冲击载荷作用下铝合金强度分析

张　长（青海大学机械工程学院，青海　西宁　810016）

冲击载荷作用下铝合金强度分析

张长
（青海大学机械工程学院，青海西宁810016）

摘要：铝合金具有强度高，有较轻的自重，良好的防腐蚀性，良好的可模性等特点。但它在抗疲劳性方面是较差的，对温度的影响也是比较敏感的，本文主要提出铝合金材料在载荷作用下的强度问题，进而找出控制以及解决的主要措施。

关键词：铝合金；载荷作用；分析研究

铝合金材料在当今社会已经得到了比较广泛的应用，主要都是应用在玻璃幕墙以及一些具有大跨度的结构当中，但是在铝合金在加工的过程当中也会发生变形等问题，这也是有待解决的，一般主要的影响因素则是残余应力而造成的。对铝合金造成强度影响的因素会存在很多，在尺寸，应力，环境以及温度方面都会受到影响，所以在想得到更好的应用，则必须要进行更为深入的研究分析。

一、铝合金的主要特点

铝合金在应用时具有几方面的特点，它可降低结构质量的重量，可以提高低温结构的性能，可以降低运输费用，可以改善地震烈度的强度，提高质量，可以提高结构的寿命。但是这种材料也存在一定的缺点：（1）具有较强的温度敏感性。铝合金这种材料，它的线膨胀系数是非常强的，是钢材的几倍，也就是说它的温度会更加敏感。（2）较差的抗疲劳性。由于铝合金这种材料极易会产生裂纹，就算是在静力载荷下也会发生这种问题，所以它的敏感系数也非常高。此外，还有其它几方面的影响，一方面，如果受到大气的影响时，在铝合金的表面会出现氧化的成份，而这种成份会对材料进行一定的保护，避免腐蚀。所以我们可以看出，铝合金这种材料有着很好的抗腐蚀性，起到一定的防护作用。另一方面，由于这种材料具有很好的质感与光泽，也具有良好的反射性，达到电解着色和氧化，有着装饰的效果。再与钢材这种材料相比较，它的弱点就是没有钢的强度大，由于它的密度只是钢材的一半，但是在现在的结构当中铝合金的强度则会大于碳素钢。如果是应用铝合金来替代其它材料一般可降低自重。如果应用在加工方面时，它具有挤压成型的特点，而钢材却很难达到。

二、铝合金的载荷冲击影响

铝合金结构的材料如果承受了多次的荷载时，它的断面就会较低，因为的应力会小于试件的强度，一但屈服点出现时就会给它造成一定的破坏，当出现这种现象时，也就是我们所说疲劳现象，会对强度造成一定的影响。所谓的结构疲劳指的就是在载荷的作用下会形成裂纹现象，这也是一种疲劳的过程。一般断裂会和疲劳相结合，不是分开的。发生裂纹时也就是所说的断裂扩散，体现在几个方面：（1）试件会分为几个尺寸，所以可以用高应力区体积进行解释，而这方面也是影响疲劳性最主要的一个方面，在相同的应力水平下，随着增大的尺寸其材料的体积也会提高，如果这种材料是在高应力区较为薄弱的位置出现疲劳时，在它最薄弱以及出现缺陷的位置高应力区也会随着提高，因此，较小尺寸的试件在疲劳度上会好于大试件的抗力，就是说如果寿命在相同的条件下，大尺寸的试件就会减少它的强度，并且寿命也会跟着下降。（2）由于在重量方面铝合金材料是较轻的，所以它也具有这方面的优势，在安装时比较简单，在加工时比较方便，制作构件可以降低上部的载荷程度，没有抗冲击的能力。如果是在施工期间就会减少它的劳动强度，也就是说劳动强度会影响到材料的抗疲劳度以及应力的大小，这是决定性的一个因素，所以，在材料发生缺陷时或者是在高应力区就极易会发生强度的损失，因此，寿命相同的条件下，在循环载荷的影响下就会给铝合金造成弯曲现象，也就会降低了它的疲劳强度。（3）通常情况下，在材料的表面就会产生疲劳裂纹的问题，所以如果要提升它的抗疲劳性，就必须要强它的光洁度，一般所应用的方法就是在高应力表面应用到一定的残余应力，从而来提高它的使用寿命。（4）材料的曲线通常都可以在空气环境以及室温的条件下得到，也就是说在腐蚀介质的影响下，酸碱溶液，海水等一些环境下受到的疲劳环境下都会产生一定的不利影响。如果在温度降低时，就是提高金属材料的疲劳感，也会影响到它的极限度，同时随着温度的变化降低，也会降低材料的断裂性，此时的材料也就产生了一种脆性。如果材料有裂纹出现时，就会发生失稳断裂的问题。如果出现一定的高温时，同样会降低材料的强度，发生蠕变，产生疲劳感。（5）在载荷发生的初期，在表面会发生塑性变形，因为它的材料是较软的，如果发生冲击时它的表面会非常光滑的，当在变形层发生滑移或者是错位时，这些现象必须会出现缠结以塞集的问题，也就是在材料的表面产生了硬化问题。如果是在干接触的条件下，发生了数次的冲击以后，则会导致产物的表面以粉末的产物造成流失，也就是数次发生变形以后而导致的磨损现象，载荷受到了冲击。

三、铝合金的强度影响

所谓的冲击载荷指的就是在材料的表面在进行运动时会给零件的表面造成一定的磨损，当这种磨损失效时，也就出现了冲击载荷，一般在工程当中这种现象是非常普遍的，这种磨损问题也是了解最少的。在我国当前的研究分析来看，一般探析的就是对冲击磨损的疲劳度，在铝合金材料当中疲劳强度则最重要的一项指标，如果指标要达到一定的强度就必须要满足几方面的要求。（1）当发生载荷冲击影响下，凹坑会在短时间里产生很大的变形，同时塑性会转化为热能，，并且产生的热量会传递到边缘，所以，就会形成了凸起的现象，也就是我们所说的彩虹环。如果在很高黏度的润滑油影响下，就会产生很多的热量，从而就会产生很高的凸起现象。（2）如果在干接触影响下，会对材料的表面造成一定的损伤，也就加剧了载荷的冲击次数，如果在这时应用了润滑剂，则可以降低对表面的伤害，也减少了变形问题。

结语

铝合金是较为新型的一种材料，它比其它材料的性能要好，它的特点就是强度高，有较轻的自重，良好的防腐蚀性，良好的可模性，以及方便回收等一些特点。通过实践证明，振动时效是最有效的一种抗载荷方法，通常情况下，如果发生载荷的作用时，材料会发生硬化以及循环变形等现象，同时也就会降低材料的残余应力，由于在当前情况下，并没有一种方法可以完全消除这种作用，这也是需要我们解决的。

参考文献

[1]魏伟，陈学奎.影响疲劳性能的几个因素[J].化学与材料工程，2009（11）.

中图分类号：TG174

文献标识码：A

基金项目：青海省科技厅“123科技支撑平台建设计划”资助项目“高档卧式加工中心可靠性分析与试验技术研究”（项目编号2012-G-Y-25A-8）。