Ⅰ+Ⅱ復(fù)合型裂紋在16MnDR制壓力容器殼體中的研究.pdf

1、因裂紋擴(kuò)展而造成構(gòu)件斷裂的情況是工程材料的主要失效形式，常見的裂紋破壞主要表現(xiàn)為構(gòu)件受到外力作用時(shí)裂紋的擴(kuò)展。裂紋分為三種基本形式:Ⅰ型張開型，Ⅱ型滑開型和Ⅲ型撕開型，而工程中的裂紋大多是由以上三種基本形式組合成的復(fù)合型裂紋，因此復(fù)合型裂紋問題的研究受到了廣泛的關(guān)注。本論文實(shí)驗(yàn)研究了16MnDR材料試件中Ⅰ+Ⅱ復(fù)合型裂紋的擴(kuò)展，并以此為基礎(chǔ)模擬了Ⅰ+Ⅱ復(fù)合型裂紋在薄壁壓力容器中的擴(kuò)展路徑。
　　 首先，設(shè)計(jì)出中心含有斜裂紋的實(shí)驗(yàn)

2、試件，并進(jìn)行了Ⅰ+Ⅱ復(fù)合型裂紋的疲勞擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)，研究了裂紋的擴(kuò)展速率并觀測(cè)了裂紋的擴(kuò)展路徑，特別關(guān)注了裂紋的轉(zhuǎn)型擴(kuò)展情形;采用有限元分析軟件ANSYS計(jì)算出裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子并模擬了裂紋的擴(kuò)展路徑。結(jié)果表明，無論初始傾斜角是多大，Ⅰ+Ⅱ復(fù)合型裂紋均會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)型擴(kuò)展且新生裂紋的擴(kuò)展方向垂直于載荷方向，即轉(zhuǎn)型后的裂紋為Ⅰ型裂紋。
　　 其次，對(duì)實(shí)驗(yàn)試樣進(jìn)行了金相分析和斷口分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)裂紋的擴(kuò)展是穿晶擴(kuò)展且其擴(kuò)展路徑?jīng)]有明顯的分支，

3、但在裂紋尖端區(qū)域材料有一定的損傷;在裂紋擴(kuò)展區(qū)有明顯的疲勞輝紋，而斷裂區(qū)的微觀形貌主要為韌窩花樣。這些均表明，在16MnDR材料的試件中Ⅰ+Ⅱ復(fù)合型裂紋向Ⅰ型裂紋轉(zhuǎn)型擴(kuò)展，并表明該材料具有很好的韌性。
　　 最后，基于實(shí)驗(yàn)得到的裂紋擴(kuò)展判據(jù)和擴(kuò)展速率，模擬了雙向應(yīng)力作用下Ⅰ+Ⅱ復(fù)合型裂紋的擴(kuò)展路徑，由此分析了Ⅰ+Ⅱ復(fù)合型裂紋在壓力容器殼體中的擴(kuò)展，研究了影響裂紋擴(kuò)展速率和擴(kuò)展路徑的壓力容器結(jié)構(gòu)因素，得到了裂紋尖端位置與載荷循環(huán)次