疲勞裂紋擴(kuò)展速率的厚度效應(yīng)研究.pdf

1、隨著船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)物的深?；⒋笮突?，厚鋼板的應(yīng)用日益廣泛，在不考慮厚鋼板焊接引起的缺陷情況下，厚鋼板本身的疲勞強(qiáng)度問題就令人擔(dān)憂。疲勞裂紋擴(kuò)展速率（FCGR）方法被認(rèn)為是下一代預(yù)測結(jié)構(gòu)物疲勞壽命的方法，然而，人們通過FCGR試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，試件厚度越大，F(xiàn)CGR越高。因此，研究FCGR的厚度效應(yīng)，對于避免結(jié)構(gòu)物疲勞壽命被低估有重要工程應(yīng)用價(jià)值。
　　本文的厚度效應(yīng)，是指在穿透裂紋前緣，由于不同厚度位置應(yīng)力狀態(tài)不同，而導(dǎo)致FCGR存

2、在差異的現(xiàn)象。隨鋼板厚度的增加，厚度效應(yīng)的具體表現(xiàn)是，厚度范圍內(nèi)平面應(yīng)變主導(dǎo)區(qū)域變大，總體的FCGR就會增加，趨向于平面應(yīng)變狀態(tài)的FCGR。本文將通過試驗(yàn)和有限元分析相結(jié)合的方法對此效應(yīng)進(jìn)行研究，主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　1）對高強(qiáng)鋼Q370qE三個(gè)相同尺寸試件進(jìn)行了基于標(biāo)準(zhǔn)的FCGR試驗(yàn)，得到了疲勞裂紋擴(kuò)展的門檻值ΔKth及Paris公式中兩個(gè)材料參數(shù)C和m。試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)疲勞載荷的Pmax接近標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大載荷時(shí)，試件兩

3、表面的裂紋長度差值減小。指出了一些標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法中的不足之處。
　　2）以平面裂紋，三維直線穿透裂紋，三維曲線形式穿透裂紋為研究對象，運(yùn)用有限元方法求解斷裂力學(xué)參數(shù)，分別對模型網(wǎng)格大小，平面應(yīng)力狀態(tài)模型厚度，應(yīng)力強(qiáng)度因子、局部約束因子等參數(shù)計(jì)算方法及結(jié)果進(jìn)行了討論。在計(jì)算曲線形式裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子和局部約束因子時(shí)，研究了非正交網(wǎng)格對這兩個(gè)參數(shù)的影響，并給出了數(shù)據(jù)處理方法。
　　3）在討論了約束因子的研究背景及現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，本文提

4、出了局部約束因子的概念，量化了沿裂紋前緣分布的應(yīng)力狀態(tài)。分析了應(yīng)用約束因子表征應(yīng)力狀態(tài)的限制，理論分析和有限元分析結(jié)果都顯示，除應(yīng)力狀態(tài)外，較大的T應(yīng)力也會對約束因子產(chǎn)生影響。應(yīng)用局部約束因子完整的解釋了標(biāo)準(zhǔn)FCGR試驗(yàn)中的試驗(yàn)現(xiàn)象。研究了裂紋張口張開位移（CMOD）與總體約束因子的關(guān)系，提出了一個(gè)基于CMOD計(jì)算總體約束因子的思路。對比了試驗(yàn)與仿真的CMOD結(jié)果，討論了結(jié)果差異較大的原因。
　　4）改進(jìn)了FCGR試驗(yàn)，應(yīng)用本文提