Ⅰ-Ⅱ型复合加载下高强钢焊接接头的疲劳裂纹扩展行为

发布时间：2024-05-21 04:04

　　船体结构在水中长期承受水压等交变应力的作用,极易产生疲劳开裂。复杂多变的海底环境使裂纹承受的载荷多是I,II或III型载荷的复合作用。因此有必要研究复合型加载下疲劳裂纹的扩展特性。而高强钢因为有着高强度和良好的韧性,使其作为船舶舰艇发展的重要基础材料而得以广泛应用。对某型号高强钢及其焊接接头采用I-II型复合加载方式进行疲劳试验,研究其裂纹扩展特性。重点包括复合加载下的应力强度因子KI,KII的计算分析,及裂纹的扩展路径和扩展速率。分析闭合效应对裂纹扩展的驱动力及扩展速率的影响,找出有效表征驱动裂纹扩展的参量的表达式。具体如下:采用有限元计算KI,KII,发现其中的应力外推法在使用8节点四面体单元,0.1mm网格建模计算时能很好地保证计算精度且计算效率高。分别对母材和焊缝CTS试样进行I-II型复合加载,实测开裂方向,发现与最大周向应力准则预测方向吻合。裂纹在母材和焊缝中分别各沿着某一方向扩展基本不发生变化,但裂纹遇到焊缝与母材交界处时扩展方向发生变化。裂纹开始扩展后,KII急剧下降,KI增加,此后KII远小于KI。母材中裂纹扩展速率大于焊缝中裂纹扩展速率,发现材料性能和微观组织影响扩...

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【部分图文】：

图1-1裂纹闭合现象[31,32]

图1-1裂纹闭合现象[31,32]应机理，存在多种不同的理论解释，如塑性变形金属表面发生氧化，裂纹面粗糙程度导致裂纹表性诱发裂纹闭合(PICC)，粗糙度诱发裂纹闭合(OICC)等理论[34]。

图1-2塑性诱发裂纹闭合（PICC）原理示意图

区”均发生了不可恢复的伸长。扩展后的裂纹见图1-2b)，伸长量为此图所示的深色区域，其外边界为假定没有塑性变形时的裂纹面。B点循环卸载时，如果没有塑性应变，卸载到零时两个原裂纹面会刚好发生接触。但是由于有此不可恢复的塑性应变伸长量的存在，导致在还没有卸载到零的某个拉应力外载....

图1-3无限大板小范围屈服条件时疲劳裂纹扩展的闭合模型

如图1-3所示。即在加载到最大应力时，裂尖前方产生单调拉伸塑性区，后方形成塑性尾迹区。卸载到最小应力时，裂尖前方变为循环压缩塑性区，在循环塑性区与单调拉伸塑性区之间有卸载后仍残余的拉伸应变，裂尖后方由于塑性尾迹区的存在裂纹发生闭合。图1-3无限大板小范围屈服条件时疲劳裂纹扩....

图1-4有效应力强度因子幅值与应力比和最大外载的关系

iansky与Hutchinson给出了计算裂纹闭合程度Dugdale塑性区模型的假定下，利用该模型得加载到最大值时的张开轮廓，得到裂纹面各值的方法来确定卸载过程中裂纹面开始接触时0时对应的闭合应力和张开应力与最大外载应他们的工作首次为PICC提供了一个理论上的解定....

本文编号：3979582