【摘要】：疲勞損傷是工程實際中金屬構(gòu)件最常見的失效形式之一,對于具有厚板結(jié)構(gòu)特征的工程裝備如隧道掘進(jìn)機(jī)、起重機(jī)及壓力容器等,在重載沖擊載荷作用下往往會產(chǎn)生裂紋萌生與擴(kuò)展,裂紋擴(kuò)展最終造成了構(gòu)件的疲勞斷裂,影響施工效率甚至帶來安全隱患。厚度是影響裂紋擴(kuò)展的關(guān)鍵因素,變幅載荷是裂紋擴(kuò)展的驅(qū)動力,綜合考慮板厚及變幅載荷影響,建立變幅載荷作用下的裂紋擴(kuò)展模型對于實際工程構(gòu)件疲勞裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測具有重大意義。本文針對裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測,通過理論推導(dǎo)、試驗研究等方式開展了相關(guān)研究,具體工作內(nèi)容如下:(1)通過引入約束因子求解了過渡應(yīng)力狀態(tài)影響的裂紋張開位移與裂紋尖端塑性區(qū),表征了裂紋擴(kuò)展的厚度效應(yīng),結(jié)合常幅及變幅載荷下的裂紋張開應(yīng)力求解,建立了考慮厚度效應(yīng)的時間積分裂紋擴(kuò)展理論模型。此外,基于試樣疲勞試驗結(jié)果,擬合求解了Q345D約束因子表達(dá)式,為Q345D厚板疲勞裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測奠定了基礎(chǔ)。(2)開展了變幅載荷作用下不同厚度Q345D試樣疲勞裂紋擴(kuò)展試驗,同時基于時間積分裂紋擴(kuò)展模型對試樣裂紋擴(kuò)展壽命進(jìn)行理論預(yù)測,三種厚度試樣試驗結(jié)果與預(yù)測壽命結(jié)果在前6萬次循環(huán)中表現(xiàn)出良好的一致性,在9萬次循環(huán)內(nèi)最大誤差為10.6%,驗證了時間積分裂紋擴(kuò)展預(yù)測模型的有效性。此外,探究了裂紋張開角、初始裂紋及臨界裂紋等模型參數(shù)對裂紋擴(kuò)展的影響。(3)利用Zencrack斷裂仿真軟件進(jìn)行Q345D試樣裂紋擴(kuò)展仿真,求解試樣裂紋擴(kuò)展過程中的動態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度因子幅,結(jié)合Elber模型、Newman模型及Guo模型等傳統(tǒng)斷裂力學(xué)模型進(jìn)行試樣裂紋擴(kuò)展壽命理論預(yù)測,對比分析了時間積分裂紋擴(kuò)展模型與傳統(tǒng)斷裂力學(xué)模型對于疲勞壽命預(yù)測的準(zhǔn)確性與優(yōu)劣勢,為工程實際構(gòu)件裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測模型選用提供參考。(4)針對工程實際隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)刀盤,開展了刀盤特征子結(jié)構(gòu)疲勞裂紋擴(kuò)展試驗,探究時間積分裂紋擴(kuò)展模型對于TBM刀盤面板疲勞裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測的適用性,理論預(yù)測與試驗結(jié)果最大誤差為16%。最后,運(yùn)用時間積分裂紋擴(kuò)展模型對某具體工程TBM刀盤面板進(jìn)行裂紋擴(kuò)展疲勞壽命預(yù)測。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U455.3

【參考文獻(xiàn)】

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1 董琴;楊平;鄧軍林;;含中心裂紋有限加筋板應(yīng)力強(qiáng)度因子理論及數(shù)值仿真分析[J];船舶工程;2015年04期

2 董穎豪;賀小帆;薛棟;劉文s

本文編號：2806400