基于裂紋塑性區(qū)影響的疲勞裂紋擴展研究.pdf

1、疲勞與斷裂是船舶與海洋結構物常見的失效形式。由于裂紋尖端塑性區(qū)影響，裂紋擴展過程中發(fā)生裂紋閉合現(xiàn)象，裂紋張開應力與裂紋擴展速率密切相關。對于工程中準確評估含裂紋損傷構件的疲勞壽命，裂紋張開應力的評估是亟待解決的重要問題。目前對裂紋張開應力的研究，大部分的數(shù)值分析主要是和裂紋尖端場的計算有關，而裂紋尖端斷裂參數(shù)在工程實際中不能方便地獲??；解析法主要基于一定的理想化理論假設；實驗測量獲得的經驗公式主要適用于實驗中的材料種類和載荷條件。裂紋張

2、開應力的評估模型無法廣泛運用于工程實際。本文引入遠離裂紋尖端的斷裂參數(shù)即裂紋最大張口位移變化量，通過斷裂力學理論分析、二維彈塑性有限元分析和實驗驗證三個角度，對基于塑性區(qū)影響的疲勞裂紋擴展展開了研究。
　　本研究首先分析了張開應力與裂紋最大張口位移的內在聯(lián)系。在常幅循環(huán)拉伸載荷條件下，通過二維彈塑性有限元分析，提出由裂紋最大張口位移變化量估算中心裂紋穿透板張開應力的計算模型。該模型已考慮裂紋初始長度、屈服應力、應力比、彈性模量、應

3、變硬化和橫向應力的影響。進一步根據(jù)裂紋閉合理論，建立以最大張口位移變化量為基礎的裂紋擴展速率模型，該模型預測裂紋擴展速率結果與實驗結果相一致。其次，針對單次過載、多次連續(xù)過載，考慮了過載比、應力比和材料特性的影響，通過彈塑性有限元分析建立張開應力與最大張口位移變化量的函數(shù)關系，該函數(shù)關系適用于不同形式的連續(xù)拉伸過載的硬化金屬材料；對于間斷過載，量化分析了過載距離對裂紋擴展的影響，發(fā)現(xiàn)了當過載距離等于0.23倍高載塑性區(qū)時遲滯效應最強，為