基于無位錯區(qū)的疲勞裂紋擴展和疲勞門檻值的研究.pdf

1、在工程安全設(shè)計上，疲勞裂紋擴展速率和門檻值具有重要意義。目前，已經(jīng)建立了很多疲勞裂紋擴展的機制來解釋裂紋擴展，這些模型的主要缺點是沒有考慮材料的屈服應(yīng)力，也沒有考慮材料的循環(huán)塑性變形行為。本論文把斷裂物理和斷裂力學聯(lián)系起來，考慮材料的循環(huán)變形行為的作用，研究了在微觀機制上預測疲勞裂紋擴展速率和疲勞門檻值的的物理模型，并驗證了模型的合理性。主要工作如下：
　　(1).研究了疲勞裂紋擴展的微觀物理機制模型。本文把斷裂物理和斷裂力學聯(lián)系

2、起來，考慮材料的循環(huán)變形行為的作用，認為裂紋尖端材料的逐漸劣化是循環(huán)塑性變形的結(jié)果，采用具有明確物理意義的內(nèi)聚區(qū)的J積分來表征裂紋尖端的疲勞損傷量。循環(huán)載荷使得裂紋尖端的塑性區(qū)循環(huán)硬化/軟化，這使無位錯區(qū)的應(yīng)力和裂紋尖端區(qū)域的J積分的值升高，從而有可能導致開裂。因為循環(huán)變形行為可能達到一個飽和狀態(tài)，在給定的載荷下，疲勞裂紋擴展的臨界條件可以建立，因此可以計算疲勞裂紋擴展的速率和門檻值。
　　(2).研究了等幅應(yīng)力和過載作用下，疲勞

3、裂紋的擴展速率與影響因素。本文研究了預測疲勞裂紋的擴展速率的無位錯區(qū)模型，利用Fortran95語言編程實現(xiàn)了模型，模擬了等幅應(yīng)力和拉伸過載應(yīng)力下的7075-T6和2024-T3兩種鋁合金材料的疲勞裂紋的擴展的c N?曲線。并把無位錯區(qū)模型模擬結(jié)果與這些著名的模型FASTRAN、AFGROW和試驗結(jié)果進行了比較，無位錯模擬的結(jié)果與試驗結(jié)果擬合較好，擬合結(jié)果說明了無位錯區(qū)模型的合理性。在此基礎(chǔ)上，研究了應(yīng)力比、過載率等因素對疲勞裂紋擴展的

4、影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，應(yīng)力比、過載率對疲勞裂紋擴展影響很大，應(yīng)力比大疲勞裂紋擴展加快，過載率越大，疲勞裂紋擴展的遲滯作用越大。
　　(3).研究了疲勞裂紋擴展的門檻值與影響因素。本文研究了預測疲勞門檻值的無位錯區(qū)模型，利用Fortran95語言編程實現(xiàn)了模型，模擬了7075-T6和2024-T3兩種鋁合金材料的門檻值。并把無位錯區(qū)模型預測的結(jié)果與試驗結(jié)果進行比較，比較結(jié)果說明，無位錯區(qū)可以預測疲勞門檻值。在此基礎(chǔ)上，研究了裂紋的長度、應(yīng)