循环与准静态裂纹扩展的理论和测试方法
发布时间：2021-04-01 21:54
含缺陷服役构件在准静态和循环载荷作用下,部件的极限强度、剩余寿命和启裂失效的结构完整性（integrity of structures, IOS）基础研究一直受到工程与学术界重视。在一些高温、腐蚀、辐照、真空等特殊或极端环境下,即便是在实验室也无法便捷和高效的获取材料的相关力学性能,难以为含缺陷部件的IOS分析提供所需的材料力学性能基础数据。从材料代表性体积单元（representative volume element, RVE）的损伤相关性角度,深入和系统的开展材料力学性能评估理论方面的研究对促进含缺陷部件的IOS分析具有十分重要的意义。本文在材料单轴、纯扭低周疲劳（low cycle fatigue, LCF）临界损伤律与Ⅰ型、Ⅱ型疲劳裂纹扩展（fatigue crack growth, FCG）速率的关联性、材料单轴LCF临界损伤律与含Ⅰ型非穿透结构疲劳裂纹扩展（structural fatigue crack growth, SFCG）演化的关联性和基于直通型紧凑拉伸（front face compact tension, FFCT）试样的载荷分离（load separati...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１延性材料的轴向准静态拉伸和循环拉压失效模式??
１．２材料的循环力学行为??己经了解到延性材料在轴向单调准静态拉伸和轴向循环拉压载荷下斯失效模式，??两者存在明显差异，见图１－１。在轴向单调准静态拉伸载荷下，延性材料会在紧缩后发??生剪切失效；而在轴向循环拉压载荷下，延性材料会在材料局部先出现缺陷而后引发??循环失效。??Ｎｅｃｋｉｎｇ??，Ｉ?＇？、＼??Ｔｅｎｓｉｌｅ??Ｂ?ｒ?讀；３＊＞＊＊＂?？■■■■■■瞧Ｉ??山谭端瑞品Ｆａｔｉｇｕｅ??图１－１延性材料的轴向准静态拉伸和循环拉压失效模式??材料在往复载荷作用下发生循环失效的破坏问题一直是存在的，然而长久Ｗ来并??没有引起学者的关注。ＫｒｕｐｐＰｉｌ指出在Ｗａｔｔ发明了蒸汽机后，工程界才开始将目光转??向金属和铅合金材料的循环失效斤为研究。到了?１８５４年，ＢｒａｉｔｈｗａｉｔｅＰｓｌ在对材料的循??环失效行为研究时首次引入了疲劳（Ｆａｔｉｇｕｅ）?—词的概念。从过去的普通列车到今日??的高速列车，部件因疲劳引发的破坏问题触碰了力学研究者的敏感神经。如列车轮轨??部件在外界周期性的往复载荷作用下，使局部材料微观组织产生了塑性损伤，进而降??低了部件的承载强度最后引发破坏。可Ｗ看出
含缺陷材料在外界循环载荷作用下会发生ＦＣＧ失效行为，因此在关键工程中由??ＦＣＧ引起的失效问题越来越受到重视。借助金相显微镜观察经历过外界循环载荷作用??后发生失效的材料断曰，可Ｗ清晰发现材料的循环破坏主要分为Ｈ个阶段（如图１－３??所示）；裂纹萌生阶段、裂纹稳定疲劳扩展阶段和裂纹失稳扩展阶段，其中裂纹萌生阶??段和裂纹稳定疲劳扩展阶段是含缺陷材料和结构发生疲劳失效的主要部分。??０．１????：民ｅｇｉｏｎＡ：?；?；?；。邏＞＾??Ｎｏｎ－Ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ?ｍｅｃｈａｎｉｓｉｊＴｉｓ?！?＇?ｋ??Ｕ．Ｕ１?ｒ＊?，?Ｉ?乂?Ｃ??；Ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ?ｆａｃｔｏｒｓ：?？?ｉ?Ｊ??＂?；?Ｒｅｇｉ畑?Ｂ：?！?ｒ?Ｓ??■?ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｉ?ｉ?Ｌ?〇＇?Ｗ??１Ｅ－３?ｒ?一?Ｉ?Ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ?ｍｅｃｈａｎｉｓｉｍｓ?ｉ?《?ｄ幻‘＇ｄＮ二Ｃ（?Ａ／Ｑ??：ｍｅａｎ?ｓｔｒｅｓｓ?ｉ?ｉ?〇?／??—?：?Ｉ?Ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ?拉ｃｔｏｒｓ：?｜?〇〇?／??＇ｕ?■?ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ?ｊ?｜?＾?＾??言化－４?ｒ?ｉ｜?ｍｅａｎ?ｓｔｒｅｓｓ?六？／?Ｒｅｇｉｏｎ?Ｃ：??Ｕ?：?Ｉ?ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ?
【参考文献】：
期刊论文
[1]断裂韧性测试中的载荷分离法及应用[J]. 石凯凯,蔡力勋,包陈,吴海利,李国云. 中国测试. 2015(01)
[2]预测疲劳裂纹扩展的多种理论模型研究[J]. 石凯凯,蔡力勋,包陈. 机械工程学报. 2014(18)
[3]A new method to predict fatigue crack growth rate of materials based on average cyclic plasticity strain damage accumulation[J]. Chen Long,Cai Lixun,Yao Di. Chinese Journal of Aeronautics. 2013(01)
[4]断裂韧性测试的量纲一载荷分离方法及应用[J]. 石凯凯,蔡力勋,包陈,姚瑶. 浙江大学学报(工学版). 2012(07)
[5]INVESTIGATION ON COMPLIANCE ROTATION CORRECTION FOR COMPACT TENSILE SPECIMEN IN UNLOADING COMPLIANCE METHOD[J]. Chen Bao Lixun Cai (School of Mechanics and Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China). Acta Mechanica Solida Sinica. 2011(02)
[6]复杂结构塑性极限分析的修正弹性补偿法[J]. 陈立杰,刘应华,杨璞,徐秉业. 机械工程学报. 2007(05)
[7]循环塑性与疲劳裂纹扩展门槛值(英文)[J]. 张瑞,孙毅. 大连理工大学学报. 2006(S1)
[8]疲劳裂纹扩展门槛值的研究进展[J]. 曾春华. 力学进展. 1986(02)
[9]一个利用低周疲劳特性参数计算疲劳裂纹扩展速率的简捷方法[J]. 刘元镛. 西北工业大学学报. 1984(03)
博士论文
[1]材料力学测试技术中的理论方法与实验应用[D]. 包陈.西南交通大学 2011
硕士论文
[1]用于获取金属材料延性断裂韧性的非标准试样测试方法研究[D]. 姚瑶.西南交通大学 2013
[2]考虑应变循环损伤的材料疲劳裂纹扩展行为预测方法与应用[D]. 陈龙.西南交通大学 2012
本文编号：3114015
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１延性材料的轴向准静态拉伸和循环拉压失效模式??
１．２材料的循环力学行为??己经了解到延性材料在轴向单调准静态拉伸和轴向循环拉压载荷下斯失效模式，??两者存在明显差异，见图１－１。在轴向单调准静态拉伸载荷下，延性材料会在紧缩后发??生剪切失效；而在轴向循环拉压载荷下，延性材料会在材料局部先出现缺陷而后引发??循环失效。??Ｎｅｃｋｉｎｇ??，Ｉ?＇？、＼??Ｔｅｎｓｉｌｅ??Ｂ?ｒ?讀；３＊＞＊＊＂?？■■■■■■瞧Ｉ??山谭端瑞品Ｆａｔｉｇｕｅ??图１－１延性材料的轴向准静态拉伸和循环拉压失效模式??材料在往复载荷作用下发生循环失效的破坏问题一直是存在的，然而长久Ｗ来并??没有引起学者的关注。ＫｒｕｐｐＰｉｌ指出在Ｗａｔｔ发明了蒸汽机后，工程界才开始将目光转??向金属和铅合金材料的循环失效斤为研究。到了?１８５４年，ＢｒａｉｔｈｗａｉｔｅＰｓｌ在对材料的循??环失效行为研究时首次引入了疲劳（Ｆａｔｉｇｕｅ）?—词的概念。从过去的普通列车到今日??的高速列车，部件因疲劳引发的破坏问题触碰了力学研究者的敏感神经。如列车轮轨??部件在外界周期性的往复载荷作用下，使局部材料微观组织产生了塑性损伤，进而降??低了部件的承载强度最后引发破坏。可Ｗ看出
含缺陷材料在外界循环载荷作用下会发生ＦＣＧ失效行为，因此在关键工程中由??ＦＣＧ引起的失效问题越来越受到重视。借助金相显微镜观察经历过外界循环载荷作用??后发生失效的材料断曰，可Ｗ清晰发现材料的循环破坏主要分为Ｈ个阶段（如图１－３??所示）；裂纹萌生阶段、裂纹稳定疲劳扩展阶段和裂纹失稳扩展阶段，其中裂纹萌生阶??段和裂纹稳定疲劳扩展阶段是含缺陷材料和结构发生疲劳失效的主要部分。??０．１????：民ｅｇｉｏｎＡ：?；?；?；。邏＞＾??Ｎｏｎ－Ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ?ｍｅｃｈａｎｉｓｉｊＴｉｓ?！?＇?ｋ??Ｕ．Ｕ１?ｒ＊?，?Ｉ?乂?Ｃ??；Ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ?ｆａｃｔｏｒｓ：?？?ｉ?Ｊ??＂?；?Ｒｅｇｉ畑?Ｂ：?！?ｒ?Ｓ??■?ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｉ?ｉ?Ｌ?〇＇?Ｗ??１Ｅ－３?ｒ?一?Ｉ?Ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ?ｍｅｃｈａｎｉｓｉｍｓ?ｉ?《?ｄ幻‘＇ｄＮ二Ｃ（?Ａ／Ｑ??：ｍｅａｎ?ｓｔｒｅｓｓ?ｉ?ｉ?〇?／??—?：?Ｉ?Ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ?拉ｃｔｏｒｓ：?｜?〇〇?／??＇ｕ?■?ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ?ｊ?｜?＾?＾??言化－４?ｒ?ｉ｜?ｍｅａｎ?ｓｔｒｅｓｓ?六？／?Ｒｅｇｉｏｎ?Ｃ：??Ｕ?：?Ｉ?ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ?
【参考文献】：
期刊论文
[1]断裂韧性测试中的载荷分离法及应用[J]. 石凯凯,蔡力勋,包陈,吴海利,李国云. 中国测试. 2015(01)
[2]预测疲劳裂纹扩展的多种理论模型研究[J]. 石凯凯,蔡力勋,包陈. 机械工程学报. 2014(18)
[3]A new method to predict fatigue crack growth rate of materials based on average cyclic plasticity strain damage accumulation[J]. Chen Long,Cai Lixun,Yao Di. Chinese Journal of Aeronautics. 2013(01)
[4]断裂韧性测试的量纲一载荷分离方法及应用[J]. 石凯凯,蔡力勋,包陈,姚瑶. 浙江大学学报(工学版). 2012(07)
[5]INVESTIGATION ON COMPLIANCE ROTATION CORRECTION FOR COMPACT TENSILE SPECIMEN IN UNLOADING COMPLIANCE METHOD[J]. Chen Bao Lixun Cai (School of Mechanics and Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China). Acta Mechanica Solida Sinica. 2011(02)
[6]复杂结构塑性极限分析的修正弹性补偿法[J]. 陈立杰,刘应华,杨璞,徐秉业. 机械工程学报. 2007(05)
[7]循环塑性与疲劳裂纹扩展门槛值(英文)[J]. 张瑞,孙毅. 大连理工大学学报. 2006(S1)
[8]疲劳裂纹扩展门槛值的研究进展[J]. 曾春华. 力学进展. 1986(02)
[9]一个利用低周疲劳特性参数计算疲劳裂纹扩展速率的简捷方法[J]. 刘元镛. 西北工业大学学报. 1984(03)
博士论文
[1]材料力学测试技术中的理论方法与实验应用[D]. 包陈.西南交通大学 2011
硕士论文
[1]用于获取金属材料延性断裂韧性的非标准试样测试方法研究[D]. 姚瑶.西南交通大学 2013
[2]考虑应变循环损伤的材料疲劳裂纹扩展行为预测方法与应用[D]. 陈龙.西南交通大学 2012
本文编号：3114015
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