复杂应力场下对接接头疲劳裂纹扩展行为研究

发布时间：2023-05-20 07:33

　　工程焊接结构失效乃至断裂的主要原因之一就是焊趾附近疲劳裂纹的萌生和扩展。而裂纹尖端的应力强度因子K是判断裂纹扩展和结构断裂的重要参数,因此准确描述对接接头焊趾附近裂纹尖端的应力强度因子,在研究焊接接头裂纹扩展速率中显得尤为重要。本文以对接接头为研究对象,探讨适用于双向应力场下裂纹尖端的应力强度因子计算方法,并通过疲劳裂纹扩展试验对该方法进行验证。结果表明,修正的应力强度因子计算公式更能准确预测疲劳裂纹扩展速率,为对接接头以及与其类似的工程结构的疲劳寿命评估提供参考。首先,通过现有的应力强度因子计算方法以及疲劳裂纹扩展理论,对不同应力组合形式下,焊缝附近的应力场进行分析,同时考虑焊接残余应力、压弯双向应力、焊趾应力集中等因素对应力强度因子的影响,提出了适用于双向压弯载荷作用下裂纹尖端的等效应力强度因子计算方法。并通过双轴疲劳试验数据对该方法进行适用性论证。结果表明,改进的等效应力强度因子计算方法能合理、有效的描述焊缝附近裂纹扩展速率。然后,对压弯复杂应力场下对接接头进行疲劳裂纹扩展规律的研究。通过裂纹扩展增量计算方法对裂纹扩展路径进行描绘发现:焊趾处的疲劳裂纹以椭圆或半椭圆形式扩展,但是...

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 选题背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 平板结构裂纹扩展行为
        1.2.2 焊接结构疲劳性能
        1.2.3 双轴压载荷疲劳裂纹扩展
    1.3 本文的主要研究内容
第2章 疲劳裂纹扩展基础理论
    2.1 线弹性断裂力学
        2.1.1 裂纹类型
        2.1.2 线弹性裂纹尖端场
    2.2 应力强度因子计算方法
        2.2.1 数学分析法
        2.2.2 近似计算法
        2.2.3 经验公式
    2.3 塑性修正的应力强度因子幅
    2.4 本章小结
第3章 对接接头裂纹尖端应力强度因子(SIF)分析
    3.1 复杂应力场下对接接头疲劳试验
    3.2 加载形式对裂纹尖端应力场的影响
        3.2.1 含初始缺陷对接接头的有限元建模
        3.2.2 对接接头裂端应力状态分析
    3.3 应力强度因子计算公式选取
    3.4 焊缝对裂纹尖端应力强度因子的影响
        3.4.1 对接接头焊趾处网格划分方法
        3.4.2 焊趾应力集中修正因子有限元分析结果
        3.4.3 焊接残余应力对SIF的影响
    3.5 垂向压载荷对应力强度因子的影响
    3.6 双向压弯载荷下等效SIF表达式
    3.7 本章小结
第4章 压弯复杂应力场下疲劳裂纹扩展规律
    4.1 疲劳裂纹扩展速率模型选取
    4.2 改进的等效应力强度因子模型适用性论证
    4.3 复杂应力场下表面裂纹扩展形貌研究
        4.3.1 裂纹扩展增量计算方法
        4.3.2 复杂应力场下表面裂纹扩展轨迹
        4.3.3 裂纹长度与深度对应力强度因子幅值的影响
    4.4 压应力对裂纹扩展的影响分析
        4.4.1 纵向压应力对裂纹扩展的影响
        4.4.2 垂向压应力对裂纹扩展的影响
    4.5 本章小结
第5章 压弯双向应力场下耐压壳体的疲劳性能研究
    5.1 压弯双向应力的特征及研究意义
    5.2 锥柱结合壳焊趾处裂纹扩展速率研究
        5.2.1 试验模型几何尺寸及参数
        5.2.2 焊接结构初始缺陷尺寸的确定
    5.3 耐压壳体疲劳寿命计算
        5.3.1 裂纹尖端应力强度因子
        5.3.2 表面裂纹扩展模型及计算结果
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 本文创新点
    6.3 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间主要学术成果



本文编号：3820819