非焊合區(qū)對鈦合金層合結(jié)構(gòu)斷裂性能影響分析.pdf

1、鈦合金由于具有比強度高、耐久性強、抗蠕變、可焊接、重量輕等優(yōu)異的綜合性能，已成為飛機、火箭等主體結(jié)構(gòu)的重要材料。然而，在鈦合金的疲勞試驗研究中發(fā)現(xiàn)，無論是鈦合金整體件還是分體組合結(jié)構(gòu)（焊接或鉚接）件，疲勞裂紋一旦萌生，裂紋擴展速率較快，導致鈦合金構(gòu)件在較短時間內(nèi)發(fā)生斷裂失效，即裂紋擴展壽命很短。這表明，雖然鈦合金結(jié)構(gòu)的裂紋萌生壽命長，具有較好的疲勞耐久性，但損傷容限性能較差，難以保證使用安全。為此，需要研究能夠改善鈦合金結(jié)構(gòu)損傷容限特性

2、的設(shè)計方式。
　　本文針對擴散連接鈦合金層合結(jié)構(gòu)，研究了非焊合區(qū)對層合結(jié)構(gòu)的斷裂性能影響機理;基于擴展有限元的方法，研究了含非焊合區(qū)的鈦合金多層板在拉-拉循環(huán)荷載作用下的裂紋擴展規(guī)律;針對含非焊合區(qū)（稱為止焊區(qū)）的擴散連接鈦合金層合板，研究了止裂區(qū)的個數(shù)、位置和尺寸等幾何參數(shù)對裂紋擴展特性的影響規(guī)律，給出了提高疲勞裂紋擴展壽命的參數(shù)設(shè)計。主要研究內(nèi)容和成果如下。
　　(1)非焊合區(qū)對層合結(jié)構(gòu)的斷裂性能影響機理研究。選取鈦合金

3、層合梁結(jié)構(gòu)為研究對象，分析了非焊合區(qū)（止裂區(qū)）的設(shè)置對含初始裂紋的層合梁結(jié)構(gòu)斷裂性能的影響。分別計算含非焊合區(qū)和不含非焊合區(qū)兩種情況下的層合梁結(jié)構(gòu)在不同裂紋長度時的裂尖應力強度因子KⅠ、KⅡ，對以上兩種情況的裂紋長度增加時的應力強度因子變化曲線進行對比分析，來說明非焊合區(qū)能夠?qū)α鸭y擴展進行抑制的影響機理。
　　(2)含非焊合區(qū)的擴散連接鈦合金多層板裂紋擴展特性研究。采用擴展有限元方法研究含非焊合區(qū)的擴散焊接鈦合金多層板的裂紋擴展規(guī)

4、律。首先，通過擴展有限元方法獲得的裂紋擴展特性與實驗結(jié)果的比較，說明了擴展有限元法可獲得準確的裂紋擴展規(guī)律，驗證了擴展有限元方法在裂紋擴展分析中的適用性。進而，分析了非焊合區(qū)對裂紋沿表面、深度方向的擴展的影響、對斷口面積擴展規(guī)律的影響，以及對損傷容限的增強作用。
　　(3)含非焊合區(qū)的擴散連接鈦合金多層板裂紋擴展特性影響參數(shù)分析。針對含孔邊缺陷的擴散連接鈦合金多層板，采用基于擴展有限元方法的數(shù)值模擬技術(shù)，研究止裂區(qū)的尺寸、位置和個