谱载三维疲劳裂纹扩展研究

【摘要】：含裂纹结构在谱载作用下的疲劳裂纹扩展寿命评估是损伤容限分析的关键任务,也是迄今未能很好解决的难题。疲劳裂纹扩展通常呈现出强烈的三维效应,裂纹尖端的三维应力状态对疲劳裂纹闭合和扩展具有显著的影响。本文基于三维疲劳断裂理论,对疲劳裂纹扩展行为进行了以下几点研究: 1.针对作为疲劳裂纹扩展寿命预测基础的疲劳裂纹扩展速率试验曲线受试验应力比和试件厚度的影响,本文采用常幅载荷下的三维疲劳裂纹闭合模型对材料的疲劳裂纹扩展速率数据进行处理,得到了材料客观的疲劳裂纹扩展速率基准曲线。 2.根据三维疲劳断裂理论,本文提出一种谱载三维疲劳裂纹扩展寿命模型。该模型是在Dugdale模型基础上发展起来的一种裂纹闭合模型,将用于平面应力状态下的Dugdale模型推广到一般的三维应力状态,能够反映裂纹尖端的三维应力状态对疲劳裂纹闭合和扩展的影响。 3.采用谱载疲劳裂纹扩展寿命模型模拟了7475-T7351铝合金中心裂纹拉伸试件在变幅载荷下的疲劳裂纹扩展寿命、中国航空学会开展的疲劳寿命模型讨论活动的试验结果、2024-T3铝合金和7075-T6铝合金中心裂纹拉伸试件在TWIST载荷谱下的疲劳裂纹扩展寿命以及2024-T3铝合金中心裂纹拉伸试件在FALSTAFF载荷谱下的疲劳裂纹扩展寿命,多数预测结果和试验结果吻合得很好。此外,采用谱载疲劳裂纹扩展寿命模型模拟了1.6 mm和3.1 mm厚的2024-T3铝合金中心裂纹拉伸试件在TWIST载荷谱下的疲劳裂纹扩展寿命,说明基于三维疲劳断裂理论发展起来的本文模型具有预测疲劳裂纹扩展的厚度效应的能力。