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《浙江工业大学》 2013年
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过载作用下疲劳裂纹扩展行为的内在机理研究

丁振宇  
【摘要】:由于循环加载的作用,工程部件经常出现疲劳失效。在部件服役过程中,常幅循环加载中引入不同类型过载形式作用的现象十分普遍。过载作用下疲劳裂纹扩展行为的内在机理是一个公开是讨论的问题,由于过载作用机理的复杂性,还未有统一方法对过载作用下部件的寿命进行评估。因此,研究不同类型过载作用下裂纹扩展行为的内在作用机理,具有十分重大的学术意义和工程价值。针对压力容器用钢Q345R材料,通过试验研究和数值模拟手段,开展过载作用下疲劳裂纹扩展行为内在机理的研究工作。 以Q345R标准紧凑拉伸试样为研究对象,进行完整地、体系化的不同类型过载作用下裂纹扩展行为的试验研究。过载类型主要包括单个拉伸过载、单个压缩过载、拉伸-压缩顺序过载以及其它类型过载。疲劳裂纹扩展试验结果显示:常幅加载中引入单个拉伸过载后,出现了短暂加速后以迟滞效应为主;引入单个压缩过载后,加速了裂纹扩展速率;引入拉伸-压缩顺序过载后,裂纹扩展行为仍以拉伸过载的迟滞效应为主,但不同的顺序会导致不同的迟滞效果。不同过载比、不同应力比和试样厚度均会对过载后的裂纹扩展行为产生影响。总结各项试验结果表明:在常幅加载过程中引入单个过载峰作用条件下,过载比越大,迟滞效应越明显;应力比越高,迟滞效果越弱;试样厚度增加,迟滞效果减弱。 运用基于连续成核的疲劳启裂和裂纹扩展统一模型,预测不同加载条件和过载类型下的裂纹扩展速率和寿命。通过与裂纹扩展试验结果对比,各种条件下的预测结果和试验均十分吻合,能够定量的预测过载引起的各个阶段的裂纹扩展速率。定量分析了网格尺寸、裂纹扩展方式和加载循环对裂纹扩展速率预测结果的影响,给出获得唯一确定预测结果的统一方法。 基于试验结果和有限元分析结果,对过载作用下疲劳裂纹扩展行为的内在机理展开分析和讨论。定量分析各个阶段中裂纹尾迹区裂纹面接触行为的变化,并建立裂纹面接触行为和裂纹尖端应力应变迟滞环影响的对应关系。利用不同有限元模型,剖析加载历史和裂纹面接触之间的交互影响,最终提出过载后裂纹扩展的内部机理:加载历史形成的尾迹区残余应力场改变了裂纹面的接触行为,从而改变了裂纹扩展行为。运用该机理能很好地解释不同加载条件和过载类型作用下的裂纹扩展行为。
【学位授予单位】:浙江工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TQ050;O346.2

【参考文献】
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【共引文献】
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