過載作用下疲勞裂紋擴展行為的內(nèi)在機理研究.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。在部件服役過程中，常幅循環(huán)加載中引入不同類型過載形式作用的現(xiàn)象十分普遍。過載作用下疲勞裂紋擴展行為的內(nèi)在機理是一個公開是討論的問題，由于過載作用機理的復(fù)雜性，還未有統(tǒng)一方法對過載作用下部件的壽命進行評估。因此，研究不同類型過載作用下裂紋擴展行為的內(nèi)在作用機理，具有十分重大的學(xué)術(shù)意義和工程價值。針對壓力容器用鋼Q345R材料，通過試驗研究和數(shù)值模擬手段，開展過載作用下疲勞裂紋擴展行為內(nèi)在機理的

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

3、比、不同應(yīng)力比和試樣厚度均會對過載后的裂紋擴展行為產(chǎn)生影響?？偨Y(jié)各項試驗結(jié)果表明:在常幅加載過程中引入單個過載峰作用條件下，過載比越大，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。
　　運用基于連續(xù)成核的疲勞啟裂和裂紋擴展統(tǒng)一模型，預(yù)測不同加載條件和過載類型下的裂紋擴展速率和壽命。通過與裂紋擴展試驗結(jié)果對比，各種條件下的預(yù)測結(jié)果和試驗均十分吻合，能夠定量的預(yù)測過載引起的各個階段的裂紋擴展速率。定量分析了網(wǎng)

4、格尺寸、裂紋擴展方式和加載循環(huán)對裂紋擴展速率預(yù)測結(jié)果的影響，給出獲得唯一確定預(yù)測結(jié)果的統(tǒng)一方法。
　　基于試驗結(jié)果和有限元分析結(jié)果，對過載作用下疲勞裂紋擴展行為的內(nèi)在機理展開分析和討論。定量分析各個階段中裂紋尾跡區(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，最終提出過載后裂紋擴展的內(nèi)部機理:加載歷史形成的尾跡區(qū)殘余應(yīng)力場改變了裂紋面的