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《武汉理工大学》 2011年
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高强钢疲劳裂纹扩展研究

张凤武  
【摘要】:疲劳破坏与断裂是引起工程结构和零构件失效的最主要的原因。因此,在对工程结构进行抗疲劳设计时,选用合适的抗疲劳设计方法就显得尤为重要。损伤容限设计方法是破损-安全设计准则的体现和改进,这种设计方法在承认零构件中存有初始缺陷的基础上,保证零构件在检修之前有一定的剩余强度并能正常使用,因而,用这种方法进行抗疲劳设计是非常适用的。而损伤容限设计的关键问题,就是正确估算裂纹扩展寿命,因此,通过对材料和零构件进行疲劳裂纹扩展研究,确定其裂纹扩展的各项性能参数,对正确估算裂纹扩展寿命具有决定性意义的,也为整个结构在进行损伤容限设计时提供了坚实的理论基础。 本文的研究内容分为三个部分:第一部分是关于EH40高强钢进行了疲劳裂纹扩展速率测试的研究(第三章);第二部分是关于裂纹嘴张开位移(CMOD)与疲劳裂纹扩展的关系的研究(第四章);第三部分是关于14MnNbq高强钢的疲劳裂纹扩展寿命的研究(第五章)。 首先,本文按照英国BS ISO-12108:2002规范,对EH40高强钢疲劳裂纹扩展速率的测试,得出了疲劳裂纹扩展速率da/dN-△K曲线及相关的裂纹扩展性能参数,为估算工程结构用高强钢EH40的疲劳裂纹扩展寿命提供了科学依据,同时,得出了高强钢EH40的疲劳裂纹扩展速率拟合曲线可信度为95.4%的概率分散带。 然后,本文从试样的柔度和试验频率两方面研究了裂纹嘴张开位移(CMOD)与疲劳裂纹扩展长度a的关系,结果表明,二者具有指数增长函数的关系,通过这种关系可以为那些不能够检测零构件中裂纹长度的情况提供一种便捷的方法。 接着,本文用所测得CMOD作为裂纹扩展的控制参量,得出了以CMOD作为控制参量的疲劳裂纹扩展速率表达式:da/dN=D(CMOD)P,它不仅可以描述材料在线弹性阶段的扩展情况,而且当材料处于弹塑性状态扩展时,也可以用来描述裂纹的扩展,这也提供了一个新的研究疲劳裂纹扩展的方法。 最后,本文用断裂力学的方法估算了14MnNbq高强钢的疲劳裂纹扩展寿命,并从数理统计的角度证明了14MnNbq高强钢的疲劳裂纹扩展寿命的分布是遵循正态分布的。并给出了两种求任一可靠度下的安全裂纹扩展寿命的方法,同时做出了14MnNbq高强钢的母体疲劳裂纹扩展寿命概率密度曲线,为相关设计人员分析整个工程结构的总体寿命和剩余寿命提供了帮助。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TG115.57

【引证文献】
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【参考文献】
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