A7N01鋁合金復(fù)合加載下疲勞裂紋擴(kuò)展行為及其數(shù)值模擬.pdf

1、疲勞斷裂是大多數(shù)構(gòu)件失效的主要形式,現(xiàn)在對疲勞裂紋的研究大多集中在純Ⅰ型加載下。然而工程實際中構(gòu)件的承載情況復(fù)雜,裂紋承受的載荷往往不是單一的Ⅰ型、Ⅱ型或者Ⅲ型載荷,而是幾種載荷的復(fù)合。在復(fù)合型載荷下,裂紋的擴(kuò)展更加復(fù)雜。
　　對A7N01P-T4鋁合金及其焊接接頭進(jìn)行Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型加載試驗,獲得裂紋擴(kuò)展路徑和擴(kuò)展速率。基于有限元數(shù)值模擬技術(shù),以及Jiang-Sehitoglu循環(huán)塑性模型和Jiang多軸疲勞損傷模型,對裂紋尖端附近

2、進(jìn)行損傷分析,成功預(yù)測Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型加載下裂紋的擴(kuò)展路徑和擴(kuò)展速率。主要內(nèi)容及成果如下:
　　對母材CTS試樣進(jìn)行Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型加載,并計算了裂紋擴(kuò)展過程中KI和KII的變化。在Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型加載下,裂紋的開裂角基本滿足最大周向應(yīng)力準(zhǔn)則,此后裂紋的擴(kuò)展方向保持不變,始終處于Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型載荷下。KI隨著裂紋長度增加逐漸增大,裂紋面的偏轉(zhuǎn)對KI的影響不大。IIK在Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型加載初期最大,一旦裂紋面偏轉(zhuǎn),KII迅速下降,此后一直遠(yuǎn)小于KI。

3、使用Tanaka公式將應(yīng)力強(qiáng)度因子當(dāng)量化后,裂紋擴(kuò)展速率仍然可以用Paris公式描述。
　　對焊接件CTS試樣進(jìn)行Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型加載,得到裂紋擴(kuò)展速率和擴(kuò)展路徑。焊縫與母材的界面能夠顯著影響裂紋的擴(kuò)展路徑。裂紋在Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型加載下擴(kuò)展到界面處時,當(dāng)加載角度較小時,裂紋傾向于沿界面開裂,當(dāng)加載角度較大時,裂紋能夠穿過界面,擴(kuò)展到母材上。當(dāng)界面處存在嚴(yán)重缺陷時,界面的承載能力降低,即使在較大的加載角下裂紋也能夠沿界面擴(kuò)展。焊接件的裂紋擴(kuò)

4、展速率不再滿足Paris公式,特別是在穿過界面前后,裂紋擴(kuò)展速率曲線的斜率明顯不同。
　　利用圓棒試樣拉壓變幅載荷測定了Jiang-Sehitoglu循環(huán)塑性模型和Jiang多軸疲勞損傷模型的材料常數(shù)。運用隱式應(yīng)力積分法將Jiang-Sehitoglu循環(huán)塑性模型寫成Fortran程序,通過Hypela2.f子程序接口植入到通用有限元軟件MSC.MARC中,并在簡單邊界條件下對自編子程序進(jìn)行了驗證,試驗結(jié)果與模擬結(jié)果基本一致。