拉伸超载作用下铝合金疲劳裂纹扩展特性及断裂机理研究
发布时间：2020-12-25 03:13
目前对超载迟滞效应的研究将超载后裂纹扩展速率变化分为速率上升、下降和恢复三阶段,并未考虑超载条件与材料属性之间的内在关系。另外,对超载迟滞效应机理的研究大多用单一的作用机理解释整个迟滞过程。本文以2024-T4铝合金为研究对象,研究了超载条件对后续疲劳裂纹扩展速率（da/dN）变化趋势的影响规律及作用机理,具体研究如下:（1）对比三种超载试件与未超载试件的疲劳裂纹扩展速率曲线、疲劳断口、裂纹分叉和沿裂纹扩展路径硬度分布情况,说明不同超载情况裂纹尖端断裂区、裂纹尖端残余应力、裂纹闭合效应和裂纹分叉对疲劳裂纹扩展速率特性的影响。将疲劳裂纹扩展速率曲线与疲劳断口对应起来,观察超载影响区不同阶段疲劳断口区别,研究不同超载情况下超载迟滞效应的内在机理。并基于以上研究,将超载迟滞效应分为三种类型;（2）使用ANSYS建立静态裂纹有限元模型和含分叉裂纹有限元模型。对比疲劳载荷与拉伸超载作用时裂纹尖端的应力场分布,研究拉伸超载对裂纹尖端应力场的影响。对比含分叉裂纹试件的主裂纹尖端应力场分布,研究超载产生的裂纹分叉对主裂纹尖端应力场的影响;（3）本文采用了一种去残余应力的热处理方法,保留裂纹尖端塑性变形...
【文章来源】：长安大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
裂纹尖端应力场分析
第二章 试验材料及方法2.1 试验材料本文选用 2024-T4 轧制铝合金板材作为实验材料，厚度为 10mm，使用线切割加工成扩展紧凑拉伸试样（E-CT），其化学成分和力学性能见表 1 和 2。E-CT 试样按照ASTM-E647-05[53]加工，试样几何形状及尺寸如图 2.1 所示。表 1 2024-T4 铝合金化学成分Alloy Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al2024 0.5 0.5 3.8-4.9 0.3-0.9 1.2-1.8 0.1 0.25 0.15 Bal.表 2 2024-T4 铝合金力学性能抗拉强度UTS(MPa) 屈服强度YS(MPa) 伸长率r(%)445 301 16
情况如表 3 所示。使用可移动的宏观摄像头对裂纹尖端进行实时测量监控，所用设备测量精度为 0.01mm，如图 2.2b 所示。表 3 拉伸超载情况超载阶段 施加超载的裂纹长度a(mm)超载应力强度因子KOL-max(MPa√m)超载载荷(kN)No OL —— —— —— ——No.1 OL1stOL 7 24.22 282ndOL 12.7 33 25.4No.2 OL1stOL 7 32.79 37.92ndOL 15.2 38.32 25No.3 OL1stOL 7.8 34.3 37.22ndOL —— —— ——(b)(a)
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空铝合金系列材料裂纹扩展性能的温度效应[J]. 李矿,熊峻江,马少俊,陈勃. 北京航空航天大学学报. 2017(04)
[2]高载作用下的疲劳裂纹闭合与残余应力作用[J]. 李亚智,耿伟杰,束一秀,王启. 西北工业大学学报. 2014(04)
[3]A GENERAL CONSTITUTIVE RELATION FOR FATIGUE CRACK GROWTH ANALYSIS OF METAL STRUCTURES[J]. W.C. Cui and X.P. HuangSchool of Naval Architecture & Ocean Engineering, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200030, China. Acta Metallurgica Sinica(English Letters). 2003(05)
[4]疲劳裂纹的闭合效应[J]. 张峰. 安徽冶金. 2002(03)
[5]考虑超载迟滞效应的一个新模型[J]. 何庆芝. 航空学报. 1981(02)
博士论文
[1]用塑性修正的应力强度因子幅描述疲劳裂纹扩展[D]. 代鹏.上海交通大学 2014
[2]高强钢双金属焊接疲劳裂纹扩展机理及组织演化规律研究[D]. 张春国.长安大学 2013
硕士论文
[1]海水腐蚀对碳钢宏细观阻裂力学性能的影响[D]. 耿慧.青岛理工大学 2013
[2]2024高强铝合金高功率CO2激光焊接性研究[D]. 臧昊.上海交通大学 2013
[3]中厚板2024铝合金的焊接工艺研究及数值模拟[D]. 张亮.南京航空航天大学 2010
[4]2519A铝铜合金焊接性研究[D]. 徐东宏.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：2936847
【文章来源】：长安大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
裂纹尖端应力场分析
第二章 试验材料及方法2.1 试验材料本文选用 2024-T4 轧制铝合金板材作为实验材料，厚度为 10mm，使用线切割加工成扩展紧凑拉伸试样（E-CT），其化学成分和力学性能见表 1 和 2。E-CT 试样按照ASTM-E647-05[53]加工，试样几何形状及尺寸如图 2.1 所示。表 1 2024-T4 铝合金化学成分Alloy Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al2024 0.5 0.5 3.8-4.9 0.3-0.9 1.2-1.8 0.1 0.25 0.15 Bal.表 2 2024-T4 铝合金力学性能抗拉强度UTS(MPa) 屈服强度YS(MPa) 伸长率r(%)445 301 16
情况如表 3 所示。使用可移动的宏观摄像头对裂纹尖端进行实时测量监控，所用设备测量精度为 0.01mm，如图 2.2b 所示。表 3 拉伸超载情况超载阶段 施加超载的裂纹长度a(mm)超载应力强度因子KOL-max(MPa√m)超载载荷(kN)No OL —— —— —— ——No.1 OL1stOL 7 24.22 282ndOL 12.7 33 25.4No.2 OL1stOL 7 32.79 37.92ndOL 15.2 38.32 25No.3 OL1stOL 7.8 34.3 37.22ndOL —— —— ——(b)(a)
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空铝合金系列材料裂纹扩展性能的温度效应[J]. 李矿,熊峻江,马少俊,陈勃. 北京航空航天大学学报. 2017(04)
[2]高载作用下的疲劳裂纹闭合与残余应力作用[J]. 李亚智,耿伟杰,束一秀,王启. 西北工业大学学报. 2014(04)
[3]A GENERAL CONSTITUTIVE RELATION FOR FATIGUE CRACK GROWTH ANALYSIS OF METAL STRUCTURES[J]. W.C. Cui and X.P. HuangSchool of Naval Architecture & Ocean Engineering, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200030, China. Acta Metallurgica Sinica(English Letters). 2003(05)
[4]疲劳裂纹的闭合效应[J]. 张峰. 安徽冶金. 2002(03)
[5]考虑超载迟滞效应的一个新模型[J]. 何庆芝. 航空学报. 1981(02)
博士论文
[1]用塑性修正的应力强度因子幅描述疲劳裂纹扩展[D]. 代鹏.上海交通大学 2014
[2]高强钢双金属焊接疲劳裂纹扩展机理及组织演化规律研究[D]. 张春国.长安大学 2013
硕士论文
[1]海水腐蚀对碳钢宏细观阻裂力学性能的影响[D]. 耿慧.青岛理工大学 2013
[2]2024高强铝合金高功率CO2激光焊接性研究[D]. 臧昊.上海交通大学 2013
[3]中厚板2024铝合金的焊接工艺研究及数值模拟[D]. 张亮.南京航空航天大学 2010
[4]2519A铝铜合金焊接性研究[D]. 徐东宏.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：2936847
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