淬火残余应力对铝合金厚板裂纹应力强度因子及扩展趋势的影响

发布时间：2024-05-23 01:00

　　为探究淬火残余应力对铝合金厚板疲劳裂纹扩展的影响规律,建立7075铝合金厚板表面三维裂纹数值仿真模型。采用顺序热力耦合法求解淬火残余应力场,将残余应力场作为初始载荷条件求解裂纹应力强度因子,并与无残余应力场的应力强度因子值进行对比,研究两种条件下应力强度因子的分布规律和两者之间的异同;通过分析在初始淬火残余应力条件下不同半径裂纹受不同均匀拉应力荷载作用时的裂纹应力强度因子随裂纹位置角的演变曲线,探究淬火残余应力对裂纹扩展趋势的影响规律。结果表明,淬火残余应力的存在改变了铝合金厚板应力强度因子的分布规律和裂纹的扩展趋势,淬火残余应力使表层附近的裂纹扩展受到遏止,裂纹易于在厚度方向优先扩展。

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【部分图文】：

图1裂纹区网格单元(a)和裂纹模型的约束方式(b)

本文选取7075铝合金模型的规格为:200mm×200mm×50mm(长×宽×高)。考虑到表面裂纹的对称性，有限元模型的尺寸为铝合金模型的1/4。把裂纹模型分割成3个区域(裂纹区、过渡区和非裂纹区)进行网格的划分，单元类型C3D20R。其中裂纹区网格较小，如图1(a)所示，....

图2冷却40s温度场(a)和淬火后横向残余应力(b)分布图

图2(a)是浸没淬火40s时温度场分布云图，图2(b)是淬火结束后残余应力场分布云图。可以看出淬火残余应力的分布呈现“外压内拉”的状态，应力值的分布范围约为-202～144MPa，其中最大拉应力分布在表层棱边处附近，最大压应力分布在心部附近。淬火残余应力形成机理是剧烈的淬火过....

图3沿厚度方向(a)和沿宽度方向(b)的横向残余应力分布曲线图

为了便于讨论，把求解出的SIFs值由公式(2)转化为无量纲化应力强度因子Kln进行对比。当施加淬火残余应力且所受均匀拉应力恒定时，不同裂纹半径下的Kln值如图4(a～d)所示。可以看出，在无施加残余应力条件下，Kln值随裂纹半径增加而增大;无论裂纹半径如何变化，Kln的最大值总是....

图4不同半径下无量纲化应力强度因子随裂纹位置角的变化曲线图

当施加淬火残余应力且裂纹半径恒定时，不同均匀拉应力下的Kln值如图5(a～b)所示。从图5可以看出，在无施加残余应力条件下，Kln值随着均匀拉应力的增大而逐渐减小，越接近表面位置变化趋势越急剧，随着裂纹位置角的增大而趋于缓慢。在施加残余应力条件下，Kln值随着裂纹位置角的增大而逐....

本文编号：3980775