裂纹扩展过程中裂尖张口位移的量化研究

发布时间：2020-10-13 08:57

　　 裂纹尖端的张口位移是描述韧性材料发生裂纹扩展的主要参数之一,现代船舶及海洋结构物的建造需要大量使用钢材,而断裂失效是这些钢材结构破坏的常见形式之一。由于裂纹扩展这一动态过程增加了裂纹尖端应力应变场的复杂性,目前对裂纹尖端张开位移的研究主要是在静态裂纹的情况下进行,而有限元方法是研究此类问题时主要采用的途径之一。本文基于弹塑性断裂力学,采用有限元数值模拟计算,研究循环载荷作用下的含中心穿透裂纹平板在裂纹扩展过程中的裂尖张口位移幅值变化规律,建立裂尖张口位移幅值的简单计算模型,为材料的断裂评估和裂纹的扩展提供参考。本文的主要工作归纳如下:首先,引入最大张口位移参量,在常幅循环拉伸载荷的情况下,通过理论分析证明了最大张口位移幅值和裂纹尖端张口位移幅值之间存在内在的联系,接着采用有限元数值仿真,建立裂纹扩展情况下的基于最大张口位移幅值的裂纹尖端张口位移幅值的计算模型,并进一步分析了大范围屈服、平板宽度、初始裂纹长度、应力比、材料特性(屈服强度、弹性模量和材料硬化)对建立的模型构成的影响,从而对已建立的评估公式进行修正以提高其适用范围。其次,在常幅循环拉伸载荷的基础上考虑拉伸过载的影响,计算结果表明拉伸过载显著地增加了裂尖张口位移幅值,之后随着裂纹的扩展裂尖张口位移幅值逐渐减小,最后又逐渐恢复到过载之前的稳定值。过载之后裂尖张口位移的减小解释了裂纹扩展的拉伸过载迟滞效应,并且过载后的裂尖张口位移幅值的稳定值可以采用前面的公式进行评估。最后,在常幅循环拉伸载荷作用的基础上研究了压载荷的作用对裂尖张口位移的影响,建立了循环拉压载荷作用下基于裂纹最大张开位移幅值评估裂尖张口位移幅值的计算公式。并进一步探究了外载荷、材料特性(屈服强度、弹性模量和材料硬化)及平板宽度与初始裂纹长度比值的影响,从而对建立的评估公式进行修正以提高其适用范围。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U668
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 CTOD的定义
    1.3 CTOD的应用
        1.3.1 CTOD判据
        1.3.2 CTOD与裂纹扩展
    1.4 国内外研究现状
        1.4.1 理论分析
        1.4.2 实验测量
        1.4.3 数值计算
    1.5 本文研究内容
2 常幅循环拉伸载荷下的CTOD计算模型的研究
    2.1 引言…
    2.2 理论背景
    2.3 有限元分析
        2.3.1 计算模型
        2.3.2 CTOD的确定
        2.3.3 裂纹的扩展
        2.3.4 网格尺寸的确定
    2.4 CTOD幅值与MCOD幅值的关系
        2.4.1 平板宽度的影响
        2.4.2 初始裂纹长度的影响
        2.4.3 应力比的影响
        2.4.4 屈服强度的影响
        2.4.5 弹性模量的影响
        2.4.6 应变硬化的影响
    2.5 本章小结
3 拉伸过载下的CTOD计算模型的研究
    3.1 引言
    3.2 有限元分析
    3.3 CTOD幅值与MCOD幅值的关系
        3.3.1 过载比的影响
        3.3.2 应力比的影响
        3.3.3 应变硬化的影响
    3.4 本章小结
4 常幅循环拉压载荷下的CTOD计算模型的研究
    4.1 引言
    4.2 有限元分析
    4.3 CTOD幅值与MCOD幅值的关系
        4.3.1 拉载荷峰值的影响
        4.3.2 屈服强度的影响
        4.3.3 弹性模量的影响
        4.3.4 平板宽度与初始裂纹长度比值的影响
        4.3.5 应变硬化的影响
    4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

【参考文献】

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本文编号：2838971