深海中蘊藏著生物和礦產資源，深海潛水器是深海科學研究和資源開發的主要運載工具，“耐壓艙”是其核心部件，是人類進入深海的安全屏障。潛水器的每一次作業，耐壓艙都承受一次不斷變化的海水壓力（升載-保載-卸載）作用，這種載荷譜下的疲勞稱為保載疲勞（Dwell fatigue）。新型高強韌鈦合金是耐壓艙的首選材料，研究其保載疲勞特性對于深海潛水器的設計和可靠性評估具有重要意義。

研究發現，耐壓艙鈦合金的三種保載疲勞失效模式，即疲勞失效、延性失效及疲勞與延性混合失效。保載與疲勞載荷的相互作用加速了試樣的失效，并導致不同失效模式之間的競爭。研究進一步發現保載疲勞壽命與第一周次累積最大應變有關，二者在雙對數坐標下呈近似線性關系，間歇加載時間對鈦合金的保載疲勞行為沒有影響。實驗結果和理論分析揭示了鈦合金的保載疲勞機理，即保載產生的塑性變形增大了試樣的實際應力，這促進了已形成裂紋或損傷的擴展，同時，疲勞載荷部分導致的局部塑性應變增大了保載疲勞塑性應變的累積。

該研究由中國科學院力學研究所LNM微結構計算力學課題組與中國船舶重工集團公司第七〇二研究所等單位合作完成，得到國家重點研發計劃項目“深海裝備耐壓結構體、材料耐壓特性及評估技術研究”的支持。相關研究成果發表在Journal of Materials Science & Technology上，力學所孫成奇為論文的第一作者和通訊作者。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2020.10.063

圖1.（a）“奮斗者號”潛水器；（b）耐壓艙；（c）常規疲勞波形；（d）保載疲勞波形

圖2.保載疲勞3種失效模式。A-1~A-4：疲勞失效；B-1~B-4：延性失效；C-1~C-4：混合失效

圖3.（a）保載疲勞壽命與間歇加載時間關系；（b）保載疲勞壽命與第一周次累積最大應變關系