高低变幅加载下CT试样的疲劳裂纹扩展行为研究

论文摘要

大多数结构部件都在变幅循环载荷作用下工作,疲劳破坏是最常见的失效形式,疲劳启裂和裂纹扩展行为与恒幅加载情况有显著区别。因此,开展变幅循环载荷作用下疲劳裂纹扩展行为研究,具有重要的理论意义和工程应用价值。以16MnR钢紧凑拉伸试样为研究对象,对两种高低变幅加载工况（应力比相同或最大载荷值相同）下的疲劳裂纹扩展行为进行了有限元模拟。有限元建模时,通过用户材料子程序UMAT把Jiang-Sehitoglu循环塑性本构模型嵌入Abaqus中,以便能够较好地描述材料的循环塑性变形特性；采用接触单元来模拟可能的裂纹面接触；采用动态裂纹扩展方式来考虑加载历史的影响。基于弹塑性应力应变和裂纹面法向位移的数值结果,给出了不同加载工况下的应力应变迟滞回线、疲劳裂纹闭合、循环塑性区和疲劳累积损伤的详细演化过程,进而对比分析了加载历史、裂纹闭合和循环塑性区对疲劳裂纹扩展行为的交互影响。在应力比相同的低幅加载阶段,疲劳裂纹扩展表现出明显的延迟迟滞现象,此时裂纹尾迹区出现了疲劳裂纹闭合-打开-闭合的“缝隙闭合”状态。最后,基于疲劳启裂与裂纹扩展统一模型,对高低变幅顺序加载条件下发生的疲劳裂纹迟滞扩展现象进行了预测,数值结果与试验数据基本吻合。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 疲劳裂纹扩展研究现状
• 1.2.1 常幅加载下的疲劳裂纹扩展研究
• 1.2.2 变幅加载下的疲劳裂纹扩展研究
• 1.3 本文研究内容
• 第2章 有限元分析模型
• 2.1 循环塑性本构模型
• 2.2 疲劳启裂与裂纹扩展统一模型
• 2.3 高低变幅加载下的疲劳裂纹扩展试验
• 2.4 有限元建模
• 2.5 小结
• 第3章 高低变幅加载对疲劳裂纹扩展行为的影响
• 3.1 循环加载次数的确定
• 3.2 弹塑性应力应变响应
• 3.3 疲劳裂纹闭合
• 3.3.1 高幅加载阶段的裂纹闭合现象
• 3.3.2 低幅加载阶段的裂纹闭合现象
• 3.4 高低变幅后循环塑性区的变化
• 3.5 疲劳累积损伤的演化
• 3.6 疲劳裂纹扩展速率
• 3.7 小结
• 第4章 结论与展望
• 4.1 论文主要结论
• 4.2 论文创新点
• 4.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果