發(fā)布時間：2017-12-18 18:17

  本文關鍵詞：基于擴展有限元的鋁合金板裂紋擴展分析及疲勞壽命預測

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【摘要】：鋁合金板具有比重輕、強度高的優(yōu)越特性,被廣泛應用于汽車車身及飛機結構中。構件在工作過程中承受載荷等外界條件的作用,會對材料的力學性能產(chǎn)生影響,尤其是當構件中出現(xiàn)裂紋時,會導致結構發(fā)生斷裂,帶來不可預估的災難性后果。但是,裂紋的出現(xiàn)并不能立刻使構件發(fā)生斷裂。為了考慮構件的安全性和可靠性,本文以2014-T6鋁合金板作為研究對象,基于擴展有限元法,主要應用裂紋力學的理論知識對二維及三維裂紋體的裂紋擴展進行分析,并對三維裂紋體的疲勞壽命做出初步預測。對于二維裂紋體,本文通過對直裂紋體與斜裂紋體分別施加平面Ⅰ型載荷、Ⅱ型載荷以及Ⅰ-Ⅱ復合型載荷,得出裂紋擴展長度與載荷、裂紋張開位移與載荷的關系曲線。同時,對裂紋尖端的靜態(tài)和動態(tài)應力強度因子做了分析。得出結論:Ⅰ型載荷對裂紋擴展影響較大;裂紋擴展長度越長,所需載荷越大;裂紋擴展初期所需的載荷增幅較后期大;裂紋張開位移隨著載荷的增加逐漸增加;應力強度因子可以控制裂紋的擴展方向。對于三維裂紋體,本文通過對相同裂紋體分別施加Ⅰ型載荷、Ⅲ型載荷以及Ⅰ-Ⅲ復合型載荷,得出了裂紋擴展長度曲線、裂紋張開位移曲線,同樣對裂紋尖端的動、靜態(tài)應力強度因子做了分析。并對三維裂紋體在不同載荷下的疲勞壽命做了初步預測。得出結論:Ⅰ型裂紋的擴展長度要大于Ⅲ型和Ⅰ-Ⅲ復合型裂紋;Ⅲ型和Ⅰ-Ⅲ復合型裂紋的張開位移出現(xiàn)平臺。隨著裂紋擴展,三種應力強度因子普遍呈增加的趨勢,其中K_Ⅰ和K_Ⅲ隨裂紋擴展的變化趨勢是相同的:裂紋擴展初期,應力強度因子增幅較平緩,而在裂紋擴展后期,應力強度因子出現(xiàn)猛增的趨勢;K_(eff-Ⅰ,Ⅲ)隨裂紋的擴展基本呈線性增長;Ⅰ型裂紋的循環(huán)次數(shù)N=703046次,Ⅲ型裂紋的循環(huán)次數(shù)N=11488次,Ⅰ-Ⅲ復合型裂紋的循環(huán)次數(shù)N=5259次。
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.21

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本文編號：1305138