钛合金扩散焊结构疲劳裂纹扩展行为研究
发布时间：2021-07-21 05:39
钛合金扩散焊接头性能优良并能够有效减轻结构重量、降低制造成本,因而在航空制造中得到了广泛的应用。钛合金扩散焊构件在实际工作中往往承受复杂载荷作用,一旦产生裂纹,其扩展将呈复合型模式。研究复合型加载条件下的疲劳裂纹扩展规律对于准确评估钛合金扩散焊结构的疲劳寿命具有重要意义。本文以TC4扩散焊接头拉剪复合载荷下的疲劳裂纹扩展试验为基础,结合理论计算及数值模拟对I-II复合型疲劳裂纹扩展行为开展了研究。论文首先对I、II复合型裂纹尖端应力强度因子进行研究。基于相互作用积分法对CTS试样开展了不同加载角度及裂纹长度下I-II复合型应力强度因子有限元模拟计算,考查了不同边界加载方式对模拟结果的影响,并与解析解进行了对比。对I-II复合型裂纹初始状态下的应力强度因子进行了初步分析,得到了I、II型应力强度因子所占比例与加载角度和裂纹长度的关系。在上述基础上,对有限元模拟计算结果进行拟合,得到了CTS试样I-II复合型裂纹标准化应力强度因子公式。论文设计并加工了TC4扩散焊接头CTS试样。开展了5种加载角度下的I-II复合型疲劳裂纹扩展试验。试验结果发现,在加载角度小于45度时,裂纹均沿焊缝扩展至断...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
I-II复合型疲劳裂纹扩展试验典型试样
研究的是 I-II 复合型加载模式下裂纹在稳定扩展阶段的规律，并不关注裂纹行裂纹扩展试验之前要进行疲劳裂纹的预制，预制裂纹的长度在 1-2mm 之间实时观察裂纹的长度，以免超出范围影响后续试验结果，同时要注意在预制加的最大载荷不可超过正式试验的最大载荷，否则会因为过载引发迟滞效应响。疲劳裂纹预制完成后，方可进行裂纹扩展试验。裂纹扩展试验在室温下使用MTS793试验机进行,试验载荷采用频率为10Hz的不同的加载角度 开展复合型疲劳裂纹扩展试验，共开展了 =0 、15 、30 、45 角度下的试验，如图 3.6 所示。（a） =0（b） =15（c） =30
（a） =0（b） =15（c） =30（d） =45图 3.14 I-II 复合型加载模式下裂纹沿焊缝扩展典型形貌焊缝图 3.15 45-1 号试件裂纹沿非焊缝面扩展形貌试验过程中通过电子显微镜记录裂纹的扩展过程，图 3.16、3.17、3.18 分别给出了加载角度 =0、 =15、 =30下的典型裂纹扩展历程，裂纹均沿着焊缝扩展，图中黑色及红色的点和线为实验前在试件上所做标记。F1 mm沿焊缝扩展的裂纹F1 mm沿焊缝扩展的裂纹
【参考文献】：
期刊论文
[1]材料构型力驱动的复合型疲劳裂纹扩展行为研究[J]. 武志宏,王芳文,刘冉,李群. 西安交通大学学报. 2018(09)
[2]TC4钛合金扩散焊接头的力学性能[J]. 刘小刚,谢佩玉,郭海丁,杨波. 航空动力学报. 2017(06)
[3]钛合金的扩散焊连接技术[J]. 杨瑞,朱雨生,高福洋. 材料开发与应用. 2013(05)
[4]钛在航空领域的重要地位和关键作用[J]. 曹春晓. 中国金属通报. 2013(04)
[5]广义扩展有限元法及其在裂纹扩展分析中的应用[J]. 章青,刘宽,夏晓舟,杨静. 计算力学学报. 2012(03)
[6]用改进扩展有限元法研究重力坝强震断裂过程[J]. 潘坚文,张楚汉,徐艳杰. 水利学报. 2012(02)
[7]含孔钛合金扩散连接止焊层合板裂纹扩展特性试验[J]. 贺小帆,刘彦毛,刘文珽,孙彦鹏,王向明. 航空材料学报. 2011(05)
[8]钛合金叠形波纹管的设计和制造[J]. 王斌,许沂,雷鹍. 航空制造技术. 2011(16)
[9]超塑成形/扩散连接技术的应用进展和发展趋势[J]. 李志强,郭和平. 航空制造技术. 2010(08)
[10]不锈钢与钛合金异径转接管的焊接[J]. 许贵芝. 焊管. 2009(11)
博士论文
[1]预腐蚀及复杂应力场下钢桥焊接接头疲劳性能研究[D]. 揭志羽.西南交通大学 2015
[2]材料疲劳裂纹扩展和断裂定量规律的研究[D]. 王泓.西北工业大学 2002
硕士论文
[1]TC4-DT钛合金电子束焊接接头疲劳裂纹扩展研究[D]. 朱卫东.南京航空航天大学 2017
[2]TC4扩散焊接头疲劳性能研究[D]. 谢佩玉.南京航空航天大学 2016
[3]空心风扇叶片桁架式夹芯结构件疲劳特性研究[D]. 孙青平.南京航空航天大学 2014
[4]某航空发动机涡轮叶片动态可靠性建模与分析[D]. 曾波.电子科技大学 2013
本文编号：3294428
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
I-II复合型疲劳裂纹扩展试验典型试样
研究的是 I-II 复合型加载模式下裂纹在稳定扩展阶段的规律，并不关注裂纹行裂纹扩展试验之前要进行疲劳裂纹的预制，预制裂纹的长度在 1-2mm 之间实时观察裂纹的长度，以免超出范围影响后续试验结果，同时要注意在预制加的最大载荷不可超过正式试验的最大载荷，否则会因为过载引发迟滞效应响。疲劳裂纹预制完成后，方可进行裂纹扩展试验。裂纹扩展试验在室温下使用MTS793试验机进行,试验载荷采用频率为10Hz的不同的加载角度 开展复合型疲劳裂纹扩展试验，共开展了 =0 、15 、30 、45 角度下的试验，如图 3.6 所示。（a） =0（b） =15（c） =30
（a） =0（b） =15（c） =30（d） =45图 3.14 I-II 复合型加载模式下裂纹沿焊缝扩展典型形貌焊缝图 3.15 45-1 号试件裂纹沿非焊缝面扩展形貌试验过程中通过电子显微镜记录裂纹的扩展过程，图 3.16、3.17、3.18 分别给出了加载角度 =0、 =15、 =30下的典型裂纹扩展历程，裂纹均沿着焊缝扩展，图中黑色及红色的点和线为实验前在试件上所做标记。F1 mm沿焊缝扩展的裂纹F1 mm沿焊缝扩展的裂纹
【参考文献】：
期刊论文
[1]材料构型力驱动的复合型疲劳裂纹扩展行为研究[J]. 武志宏,王芳文,刘冉,李群. 西安交通大学学报. 2018(09)
[2]TC4钛合金扩散焊接头的力学性能[J]. 刘小刚,谢佩玉,郭海丁,杨波. 航空动力学报. 2017(06)
[3]钛合金的扩散焊连接技术[J]. 杨瑞,朱雨生,高福洋. 材料开发与应用. 2013(05)
[4]钛在航空领域的重要地位和关键作用[J]. 曹春晓. 中国金属通报. 2013(04)
[5]广义扩展有限元法及其在裂纹扩展分析中的应用[J]. 章青,刘宽,夏晓舟,杨静. 计算力学学报. 2012(03)
[6]用改进扩展有限元法研究重力坝强震断裂过程[J]. 潘坚文,张楚汉,徐艳杰. 水利学报. 2012(02)
[7]含孔钛合金扩散连接止焊层合板裂纹扩展特性试验[J]. 贺小帆,刘彦毛,刘文珽,孙彦鹏,王向明. 航空材料学报. 2011(05)
[8]钛合金叠形波纹管的设计和制造[J]. 王斌,许沂,雷鹍. 航空制造技术. 2011(16)
[9]超塑成形/扩散连接技术的应用进展和发展趋势[J]. 李志强,郭和平. 航空制造技术. 2010(08)
[10]不锈钢与钛合金异径转接管的焊接[J]. 许贵芝. 焊管. 2009(11)
博士论文
[1]预腐蚀及复杂应力场下钢桥焊接接头疲劳性能研究[D]. 揭志羽.西南交通大学 2015
[2]材料疲劳裂纹扩展和断裂定量规律的研究[D]. 王泓.西北工业大学 2002
硕士论文
[1]TC4-DT钛合金电子束焊接接头疲劳裂纹扩展研究[D]. 朱卫东.南京航空航天大学 2017
[2]TC4扩散焊接头疲劳性能研究[D]. 谢佩玉.南京航空航天大学 2016
[3]空心风扇叶片桁架式夹芯结构件疲劳特性研究[D]. 孙青平.南京航空航天大学 2014
[4]某航空发动机涡轮叶片动态可靠性建模与分析[D]. 曾波.电子科技大学 2013
本文编号：3294428
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3294428.html
