金屬材料疲勞小裂紋擴展行為研究.pdf

1、船舶與海洋結(jié)構(gòu)物長期服役于惡劣環(huán)境的工況，承受風、波浪、海流等多種載荷的作用。在眾多載荷破壞形式中，疲勞破壞是船舶與海洋結(jié)構(gòu)物主要的破壞形式之一。在實際工程中，很多構(gòu)件的疲勞斷裂并不是從預(yù)期的長裂紋缺陷開始的，而是從小裂紋擴展行為就已經(jīng)開始。大量研究表明，金屬材料的疲勞小裂紋擴展行為與長裂紋擴展行為之間存在很大的差異。為此，本文開展了金屬材料疲勞小裂紋擴展行為預(yù)報研究，從而為工程應(yīng)用提供一種有效的考慮小裂紋效應(yīng)的疲勞裂紋擴展速率及全壽命

2、預(yù)報模型。
　　本文基于疲勞裂紋擴展理論，對金屬材料疲勞小裂紋擴展行為展開了研究，為工程應(yīng)用提供一種有效的考慮小裂紋效應(yīng)的疲勞裂紋擴展速率及全壽命預(yù)報模型。首先，本文針對現(xiàn)有的金屬材料疲勞小裂紋擴展行為研究進行了總結(jié)與分析，重點研究了小裂紋理論及現(xiàn)有小裂紋擴展預(yù)報模型；其次，對疲勞小裂紋尖端塑性區(qū)域及小裂紋門檻值進行了修正，提出了金屬材料疲勞裂紋擴展預(yù)報修正模型，研究了其在小裂紋門檻值預(yù)報及對小裂紋Kitagawa效應(yīng)解釋等方面的

3、應(yīng)用；同時，還分析了金屬材料疲勞裂紋擴展預(yù)報模型中各參數(shù)的靈敏；此外，本文還利用所提模型對鈦合金、鋁合金等材料的疲勞小裂紋擴展速率、長裂紋擴展速率、疲勞全壽命進行了預(yù)報；最后，本文還進行了鈦合金Ti-6Al-4V材料的平面應(yīng)變斷裂韌性K IC的測定和鈦合金Ti-6Al-4V材料的疲勞壽命試驗研究。驗證了本文所提金屬材料疲勞小裂紋擴展預(yù)報模型的適用性，為工程應(yīng)用提供一種有效的考慮小裂紋效應(yīng)的疲勞裂紋擴展速率及全壽命預(yù)報方法。
　　本

4、文具體工作如下：
　　(1)金屬材料疲勞小裂紋理論研究。對金屬材料疲勞小裂紋效應(yīng)的概念、特點及產(chǎn)生原因進行了總結(jié)；針對McEvily模型、疲勞裂紋擴展統(tǒng)一預(yù)報模型及Chapetti模型進行重點研究，為后續(xù)修正模型的提出奠定理論基礎(chǔ)。
　　(2)疲勞裂紋擴展行為統(tǒng)一預(yù)報修正模型研究。在金屬材料小裂紋擴展特性研究的基礎(chǔ)上，對金屬材料小裂紋尖端塑性區(qū)域尺寸進行了修正；研究了小裂紋的裂紋閉合原理并在EI Haddad模型的基礎(chǔ)上對金

5、屬材料小裂紋門檻值進行修正；提出金屬材料疲勞裂紋擴展預(yù)報修正模型，并研究了其在金屬材料小裂紋預(yù)報及Kitagawa效應(yīng)解釋方面的應(yīng)用，同時對修正模型中的參數(shù)靈敏度進行了分析。
　　(3)典型金屬材料疲勞裂紋擴展速率研究。利用本文提出的疲勞裂紋擴展預(yù)報修正模型，對鈦合金材料在不同應(yīng)力水平、不同微結(jié)構(gòu)及不同載荷比下的疲勞小裂紋擴展速率進行了預(yù)報，將預(yù)報結(jié)果同相應(yīng)試驗結(jié)果進行了對比分析；同時對鋁合金材料疲勞小裂紋擴展速率進行了預(yù)報，對比

6、分析了預(yù)報結(jié)果和相應(yīng)試驗結(jié)果；最后對鈦合金、鋁合金材料的疲勞長裂紋擴展速率進行了預(yù)報并將預(yù)報結(jié)果與相應(yīng)試驗結(jié)果進行了對比，從而驗證該模型在預(yù)報金屬疲勞裂紋擴展速率時的可靠性。
　　(4)典型金屬疲勞全壽命研究。利用本文提出的疲勞裂紋擴展預(yù)報修正模型，對鈦合金、鋁合金在不同條件下的疲勞全壽命進行預(yù)報研究并將預(yù)報結(jié)果與相關(guān)試驗結(jié)果進行對；對鈦合金Ti-6Al-4V材料的平面應(yīng)變斷裂韌性K IC進行了測定，同時開展了鈦合金Ti-6Al-