目前,国内外关于棒材断裂设计的研究还比较少,特别是对材料在断裂瞬时所发生的变化更鲜有涉及.此外,所进行的一些研究也多是从功能性方面着眼的,即通过怎样的途径可以实现断裂,这距离实际应用的要求还相差很远.实际应用中要综合考虑多种因素,包括能耗、成本、加工效率等.因此,必须解决一系列关键问题如最佳切口形式的设计、切口参数的确定方法、敏感应力设计及载荷大小的确定方法等.针对这些问题,该课题主要进行了以下一些工作:(1)对于棒料在疲劳断裂中所发生的变化,该文从一个全新的角度进行了研究.应用突变理论,以裂纹长度作为状态变量,以载荷值及循环数作为控制变量,以棒料上的能量作为势函数建立了疲劳断裂过程的突变模型.利用该模型我们发现,在系统的平衡曲面上存在有一叶不稳定的平衡面,该平衡面即对应于棒料在失稳破坏瞬时的变化;另外,从突变模型还可以看出,棒料发生疲劳断裂的必要条件是控制轨迹达到分歧点集.(2)切口设计是断裂下料中的关键问题之一,该文在研究中打破以往的思维定势,提出了一种全新的切口形式——半V型切口.其在切口边缘处的截面面积变化率更大,从而使切口根部轴向应力和切向应力的增大更加显著.为了考察半V型切口的效率,该文首先利用MSC. Marc对相同载荷条件下四种不同切口棒料模型在切口根部的最大应力进行了比较,结果显示半V型切口试样的切口根部应力最大.为了进一步确认这一结论,该文还通过试验对普通V型切口试样与半V型切口试样进行了比较,结果显示在其它条件相同的情况下,半V型切口试样的疲劳周次比普通V型切口试样要低15﹪~20﹪,断裂效率更高.关于切口的具体参数,该文根据断裂力学的有关知识并考虑了实际加工的影响因素之后,提出确定的方法.这对于断裂下料方法的实际应用具有指导意义.(3)载荷设计也是断裂下料中的一个关键问题,该文对应力状态效应进行了研究,利用MSC. Marc对不同加载方式下的切口棒料模型进行了比较,得出旋转弯曲载荷是最合适的加载方式.旋转弯曲载荷有两种常用的控制方式,该文分别给出了这两种控制方式下载荷大小的确定原则.对于所需下料长度较小的情况,该文也提出了相应的解决办法.(4)从加速疲劳断裂过程的角度出发,该文尝试了对棒料在切口处进行激光处理的方法.试验结果表明硬化区形状的不同导致了疲劳性能的差异,具有较大轴向尺寸和较小径向尺寸的硬化区会对试样起到强化作用,而具有较小轴向尺寸和较大径向尺寸的硬化区会加速疲劳的过程.这一结论不仅可以应用于断裂下料,而且对于激光强化处理也有一定的借鉴意义.随着生产技术的发展,在很多行业如轴承、齿轮、汽车、农业机械的生产中,下料工序要处理大量的材料,其效率与消耗直接影响到生产的进程和产品的成本,因此断裂下料方法有着广阔的应用前景.该文针对断裂下料中的一些关键问题做了深入的研究,从定量的角度给出了关键工艺参数的确定方法,为实际的应用提供了指导."聚沙成塔、集腋成裘",断裂下料在实际生产中的应用必将为企业赢得一定的效益.