单个拉伸过载下金属材料疲劳裂纹扩展行为的研究

发布时间：2017-08-22 21:54

  本文关键词：单个拉伸过载下金属材料疲劳裂纹扩展行为的研究

  更多相关文章： 拉伸过载 二次塑变区 过载迟滞区域 应力比 裂纹扩展速率

【摘要】：工程实际中,金属构件在多数情况下承受变幅循环载荷的作用,并很容易出现疲劳破坏。在恒幅循环载荷中出现单个拉伸过载,是一种常见的简单变幅循环载荷形式。研究单个拉伸过载后的疲劳裂纹扩展行为,是准确预测变幅循环载荷下构件疲劳寿命的基础,对工程中循环载荷的控制具有指导意义。 基于断裂力学理论,利用有限元法针对A537材料CT试样在恒幅循环载荷下施加单个拉伸过载的疲劳裂纹闭合／张开载荷进行了数值计算,得到裂纹闭合／张开载荷随裂纹扩展距离的变化规律。为了更好地解释过载后疲劳裂纹的扩展行为,提出了二次塑变区的概念,二次塑变是过载前的恒幅循环载荷塑性区在过载作用下塑性变形发生强化的现象。随着裂纹在二次塑变区内不断扩展,塑性诱发的裂纹闭合效应不断增强,进而裂纹扩展速率不断下降,直至扩展到二次塑变区边界处,因此认为二次塑变区的长度决定了过载后裂纹延迟迟滞扩展的距离。而对于整个过载迟滞区域长度的计算,认为其大小为过载塑性区和恒幅循环载荷塑性区长度之和。 利用有限元方法得到Q345R材料的CT试样在不同应力比下裂纹张开载荷随裂纹扩展距离的变化规律。建立了考虑应力比的二次塑变区及过载塑性区长度计算模型。利用Paris公式和有效应力强度因子eff建立了描述单个拉伸过载前后裂纹扩展速率关系的计算模型,从而定量地描述过载后裂纹扩展速率的变化规律。最后,建立了一种单个拉伸过载下金属材料疲劳寿命的预测模型。通过以上计算模型得到的理论结果,与A537和Q345R材料拉伸过载试验的结果相近。
【关键词】：拉伸过载 二次塑变区 过载迟滞区域 应力比 裂纹扩展速率
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG113.25
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-10
• 目录10-12
• 插图清单12-13
• 表格清单13-14
• 第一章 绪论14-22
• 1.1 研究背景及意义14-15
• 1.2 国内外研究概况及现状15-21
• 1.2.1 疲劳研究发展概况15-17
• 1.2.2 拉伸过载下疲劳裂纹扩展行为研究现状17-19
• 1.2.3 压缩过载下疲劳裂纹扩展行为研究现状19
• 1.2.4 过载作用下疲劳裂纹扩展机理研究现状19-21
• 1.3 本文研究内容21-22
• 1.3.1 主要内容21
• 1.3.2 创新点21-22
• 第二章 断裂力学基本理论22-38
• 2.1 线弹性断裂力学22-26
• 2.1.1 应力强度因子22-23
• 2.1.2 能量原理23-24
• 2.1.3 裂纹尖端的塑性区尺寸24-26
• 2.2 弹塑性断裂力学26-27
• 2.2.1 J积分26-27
• 2.2.2 裂纹顶端张开位移(COD)27
• 2.2.3 J积分与COD的关系27
• 2.3 疲劳裂纹扩展27-37
• 2.3.1 裂纹扩展机理和扩展过程27-29
• 2.3.2 疲劳断口分析29-30
• 2.3.3 影响疲劳裂纹扩展的主要因素30-33
• 2.3.4 恒幅循环载荷下裂纹的扩展规律33-35
• 2.3.5 变幅循环载荷下裂纹的扩展规律35-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第三章 基于Irwin塑性区的过载机理研究38-47
• 3.1 过载作用下A537钢疲劳裂纹扩展试验38-39
• 3.2 过载效应迟滞区域长度的计算39-41
• 3.3 有限元模型的建立与分析41-45
• 3.3.1 循环塑性本构模型41-42
• 3.3.2 有限元模型的建立42-44
• 3.3.3 有限元结果分析44-45
• 3.4 本章小结45-47
• 第四章 考虑应力比的过载机理研究47-57
• 4.1 不同应力比下过载效应的有限元分析47-50
• 4.2 考虑应力比R的塑性区长度计算模型50-51
• 4.3 过载效应对裂纹扩展速率的影响51-52
• 4.4 过载作用下Q345R钢疲劳裂纹扩展试验52-54
• 4.5 单个拉伸过载下疲劳寿命预测模型54-55
• 4.6 本章小结55-57
• 第五章 总结与展望57-60
• 5.1 总结57-58
• 5.2 不足与展望58-60
• 参考文献60-65
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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本文编号：721204