อายุการใช้งานที่ยาวนานและความน่าเชื่อถือสูงเป็นดัชนีสำคัญของอุปกรณ์วิศวกรรมที่สำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งส่วนประกอบสำคัญที่แสดงโดยเครื่องยนต์การบินขั้นสูงและเพลารถไฟความเร็วสูง ซึ่งต้องผ่านการโหลดแบบวนมากกว่า 107 หรือ 1,010 รอบตลอดอายุการใช้งาน และ ได้เข้าสู่หมวดหมู่การวิจัยของความเหนื่อยล้าสูงเป็นพิเศษ (เช่น ความเหนื่อยล้ามากกว่า 107 รอบ) ซึ่งล้มล้างความแข็งแกร่งของความเมื่อยล้าแบบดั้งเดิมและการออกแบบชีวิตตามขีดจำกัดความเมื่อยล้า (สอดคล้องกับ 107 รอบ) สิ่งนี้ได้ล้มล้างความแข็งแกร่งของความเมื่อยล้าแบบดั้งเดิมและการออกแบบชีวิตตามขีดจำกัดของความเมื่อยล้า (สอดคล้องกับ 107 รอบ) และกลายเป็นขอบเขตและประเด็นร้อนของการวิจัยความเหนื่อยล้าในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ดังนั้นจึงมีความสำคัญทางวิทยาศาสตร์และคุณค่าการประยุกต์ใช้ทางวิศวกรรมอย่างมากในการเปิดเผยกลไกระดับจุลภาคและกฎของความล้าที่สูงเป็นพิเศษ และเพื่อสร้างแบบจำลองการทำนายอายุการใช้งานของความล้าและความแข็งแรงของความเหนื่อยล้าที่แม่นยำ
กลุ่มกลศาสตร์การคำนวณโครงสร้างจุลภาคของห้องปฏิบัติการหลักกลศาสตร์ไม่เชิงเส้น สถาบันกลศาสตร์ สถาบันวิทยาศาสตร์จีน นำโลหะผสมไทเทเนียม TC17 และโลหะผสมไทเทเนียม TC4 สำหรับเครื่องยนต์อากาศยานเป็นวัตถุวิจัย เผยให้เห็นว่าฝาแฝดที่เสียรูปและผลึกนาโนก่อตัวขึ้นใน กระบวนการโหลดความเมื่อยล้าเป็นปัจจัยสำคัญสำหรับการงอกและวิวัฒนาการของรอยแตกเมื่อยล้าบริเวณขอบที่สูงเป็นพิเศษในโลหะผสมไททาเนียม และนำเสนอกลไกของการงอกของรอยแตกเมื่อยล้าบริเวณขอบที่สูงเป็นพิเศษและการขยายตัวเริ่มต้นในโลหะผสมไทเทเนียม การศึกษานี้ดำเนินการผ่านการออกแบบการโหลดแอมพลิจูดแบบแปรผัน และวัดอายุความล้าและความแข็งแรงของความล้า ด้วยการออกแบบการโหลดแอมพลิจูดแบบแปรผัน อัตราการขยายการแตกร้าวที่เท่ากันที่ 10-13~10-11 ม./รอบ ในพื้นที่ของการเริ่มต้นการแตกร้าวของ UHF และการขยายเริ่มต้นจะถูกวัด จากนั้นจึงคาดการณ์อายุความล้าของ UHF และผลการทำนายสอดคล้องกับผลการทดลอง
พบว่าไม่เพียงแต่ข้อบกพร่องของวัสดุจะลดประสิทธิภาพความล้าของโลหะผสมไททาเนียมลงอย่างมีนัยสำคัญ แต่ยังรวมถึงผลกระทบของข้อบกพร่องต่อพฤติกรรมความล้าของรอบสูงและสูงเป็นพิเศษนั้นมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับรูปแบบที่เกิดข้อบกพร่อง สำหรับข้อบกพร่องของวัสดุภายใน เส้นโค้ง SN ความล้ารอบสูงและสูงพิเศษจะแสดงการลดลงอย่างต่อเนื่อง ในขณะที่เส้นโค้ง SN ของชิ้นงานที่มีข้อบกพร่องเทียมที่พื้นผิวมีลักษณะเฉพาะโดยบริเวณที่ราบสูง กล้องจุลทรรศน์ในแหล่งกำเนิด กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด และการสังเกตด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านแสดงให้เห็นว่า แตกต่างจากความล้มเหลวของความล้าของวงจรสูงพิเศษที่เกิดจากข้อบกพร่องภายใน ความล้าของวงจรสูงพิเศษที่เกิดจากข้อบกพร่องเทียมที่พื้นผิวไม่ได้แสดงให้เห็นถึงกระบวนการที่ช้าของการเริ่มต้นของรอยแตกร้าวและการขยายตัวเริ่มต้น ด้วยการก่อตัวของเม็ดนาโน และเมื่อรอยแตกร้าวเกิดขึ้น รอยแตกร้าวจะเติบโตอย่างรวดเร็วและชิ้นงานทดสอบจะล้มเหลวในจำนวนรอบที่น้อยมาก นักวิจัยเชื่อว่าความล้มเหลวนี้เป็นผลมาจากการทำงานร่วมกันของการโหลดความเมื่อยล้าและกระบวนการที่ขึ้นกับเวลา (เช่น อิทธิพลของไอน้ำ การกระทำของไฮโดรเจน ฯลฯ) การศึกษาเพิ่มเติมเสนอแบบจำลองสำหรับผลกระทบของรูปทรงของชิ้นงานทดสอบและข้อบกพร่องที่พื้นผิวต่อความต้านทานความล้าในรอบสูงและสูงเป็นพิเศษของโลหะผสมไทเทเนียม แบบจำลองนี้ไม่เพียงแต่ใช้เชื่อมโยงผลกระทบของข้อบกพร่องที่มีต่อความแข็งแรงเมื่อยล้าของโลหะผสมไททาเนียมเท่านั้น แต่ยังนำไปใช้อย่างมีประสิทธิภาพในงานวิจัยเกี่ยวกับผลกระทบของข้อบกพร่อง (รวมถึงรอยแตกร้าว) ที่มีต่อความแข็งแรงล้าในช่วงเวลาสูงของวัสดุโลหะบางชนิดอีกด้วย
ทีมวิจัยได้ทำการศึกษาเปรียบเทียบความสามารถในการคาดการณ์ของผลกระทบของอัตราส่วนความเครียดต่อความแข็งแรงของความล้าในรอบสูงที่ใช้กันทั่วไปหลายรูปแบบในประเภทความล้าในรอบสูงพิเศษ ข้อมูลการทดลองของวัสดุต่างๆ แสดงให้เห็นว่าสูตรของวอล์คเกอร์ σ , R=σ ,-1 [(1-R)/2] เปรียบเทียบได้ดีกับสูตรของกู๊ดแมน σa, R= σ ,-1 [1-(σm/σb)] และสูตรของ Smith-Watson-Topper σa, R=σ ,-1 [(1-R) /2]. -R)/2]1/2 เพื่อคาดการณ์ผลกระทบของอัตราส่วนความเครียดต่อความแข็งแรงเมื่อยล้าของเส้นรอบวงสูงพิเศษได้ดีขึ้น โดยที่ σ , R และ σ ,-1 คือความแข็งแกร่งของความเมื่อยล้าที่อัตราส่วนความเครียด R และ {{ 22}} ตามลำดับ σm และ σb คือความเค้นและความต้านทานแรงดึงโดยเฉลี่ย และเป็นพารามิเตอร์ของวัสดุ
งานวิจัยได้รับการสนับสนุนจากโครงการ "ปัญหาหลายระดับของกลศาสตร์ไม่เชิงเส้น" ของศูนย์วิทยาศาสตร์พื้นฐานของมูลนิธิวิทยาศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติของจีน (NSFC) และ "พื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ของวัสดุอุณหภูมิสูงของเครื่องยนต์แอโร/การผลิตขั้นสูงและความล้มเหลว โครงการปลูกฝังการวินิจฉัย" ของโครงการวิจัยหลัก NSFC สนับสนุนโดยมูลนิธิวิทยาศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติของจีน (NSFC) ผลการวิจัยบางส่วนได้รับการตีพิมพ์ใน Int. เจ. ความเหนื่อยล้า 2023, 166: 107299; 2023,167:107331; 2022, 160: 106862; อังกฤษ แฟร็กต์ เครื่องจักร 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; เจ. เมเตอร์. วิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี 2022, 122: 128-140; ทฤษฎี. ใบสมัคร แฟร็กต์ เครื่องจักร 2022, 119: 103380.
