過(guò)載作用下疲勞裂紋擴(kuò)展行為的內(nèi)在機(jī)理研究.pdf

1、由于循環(huán)加載的作用，工程部件經(jīng)常出現(xiàn)疲勞失效。在部件服役過(guò)程中，常幅循環(huán)加載中引入不同類型過(guò)載形式作用的現(xiàn)象十分普遍。過(guò)載作用下疲勞裂紋擴(kuò)展行為的內(nèi)在機(jī)理是一個(gè)公開(kāi)是討論的問(wèn)題，由于過(guò)載作用機(jī)理的復(fù)雜性，還未有統(tǒng)一方法對(duì)過(guò)載作用下部件的壽命進(jìn)行評(píng)估。因此，研究不同類型過(guò)載作用下裂紋擴(kuò)展行為的內(nèi)在作用機(jī)理，具有十分重大的學(xué)術(shù)意義和工程價(jià)值。針對(duì)壓力容器用鋼Q345R材料，通過(guò)試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬手段，開(kāi)展過(guò)載作用下疲勞裂紋擴(kuò)展行為內(nèi)在機(jī)理的

2、研究工作。
　　以Q345R標(biāo)準(zhǔn)緊湊拉伸試樣為研究對(duì)象，進(jìn)行完整地、體系化的不同類型過(guò)載作用下裂紋擴(kuò)展行為的試驗(yàn)研究。過(guò)載類型主要包括單個(gè)拉伸過(guò)載、單個(gè)壓縮過(guò)載、拉伸-壓縮順序過(guò)載以及其它類型過(guò)載。疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)結(jié)果顯示:常幅加載中引入單個(gè)拉伸過(guò)載后，出現(xiàn)了短暫加速后以遲滯效應(yīng)為主;引入單個(gè)壓縮過(guò)載后，加速了裂紋擴(kuò)展速率;引入拉伸-壓縮順序過(guò)載后，裂紋擴(kuò)展行為仍以拉伸過(guò)載的遲滯效應(yīng)為主，但不同的順序會(huì)導(dǎo)致不同的遲滯效果。不同過(guò)載

3、比、不同應(yīng)力比和試樣厚度均會(huì)對(duì)過(guò)載后的裂紋擴(kuò)展行為產(chǎn)生影響?？偨Y(jié)各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果表明:在常幅加載過(guò)程中引入單個(gè)過(guò)載峰作用條件下，過(guò)載比越大，遲滯效應(yīng)越明顯;應(yīng)力比越高，遲滯效果越弱;試樣厚度增加，遲滯效果減弱。
　　運(yùn)用基于連續(xù)成核的疲勞啟裂和裂紋擴(kuò)展統(tǒng)一模型，預(yù)測(cè)不同加載條件和過(guò)載類型下的裂紋擴(kuò)展速率和壽命。通過(guò)與裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，各種條件下的預(yù)測(cè)結(jié)果和試驗(yàn)均十分吻合，能夠定量的預(yù)測(cè)過(guò)載引起的各個(gè)階段的裂紋擴(kuò)展速率。定量分析了網(wǎng)

4、格尺寸、裂紋擴(kuò)展方式和加載循環(huán)對(duì)裂紋擴(kuò)展速率預(yù)測(cè)結(jié)果的影響，給出獲得唯一確定預(yù)測(cè)結(jié)果的統(tǒng)一方法。
　　基于試驗(yàn)結(jié)果和有限元分析結(jié)果，對(duì)過(guò)載作用下疲勞裂紋擴(kuò)展行為的內(nèi)在機(jī)理展開(kāi)分析和討論。定量分析各個(gè)階段中裂紋尾跡區(qū)裂紋面接觸行為的變化，并建立裂紋面接觸行為和裂紋尖端應(yīng)力應(yīng)變遲滯環(huán)影響的對(duì)應(yīng)關(guān)系。利用不同有限元模型，剖析加載歷史和裂紋面接觸之間的交互影響，最終提出過(guò)載后裂紋擴(kuò)展的內(nèi)部機(jī)理:加載歷史形成的尾跡區(qū)殘余應(yīng)力場(chǎng)改變了裂紋面的