船體結(jié)構(gòu)在水中長期承受水壓等交變應力的作用,極易產(chǎn)生疲勞開裂。復雜多變的海底環(huán)境使裂紋承受的載荷多是I,II或III型載荷的復合作用。因此有必要研究復合型加載下疲勞裂紋的擴展特性。而高強鋼因為有著高強度和良好的韌性,使其作為船舶艦艇發(fā)展的重要基礎材料而得以廣泛應用。對某型號高強鋼及其焊接接頭采用I-II型復合加載方式進行疲勞試驗,研究其裂紋擴展特性。重點包括復合加載下的應力強度因子KI,KII的計算分析,及裂紋的擴展路徑和擴展速率。分析閉合效應對裂紋擴展的驅(qū)動力及擴展速率的影響,找出有效表征驅(qū)動裂紋擴展的參量的表達式。具體如下:采用有限元計算KI,KII,發(fā)現(xiàn)其中的應力外推法在使用8節(jié)點四面體單元,0.1mm網(wǎng)格建模計算時能很好地保證計算精度且計算效率高。分別對母材和焊縫CTS試樣進行I-II型復合加載,實測開裂方向,發(fā)現(xiàn)與最大周向應力準則預測方向吻合。裂紋在母材和焊縫中分別各沿著某一方向擴展基本不發(fā)生變化,但裂紋遇到焊縫與母材交界處時擴展方向發(fā)生變化。裂紋開始擴展后,KII急劇下降,KI增加,此后KII遠小于KI。母材中裂紋擴展速率大于焊縫中裂紋擴展速率,發(fā)現(xiàn)材料性能和微觀組織影響擴...

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【學位級別】：碩士

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圖1-1裂紋閉合現(xiàn)象[31,32]

圖1-1裂紋閉合現(xiàn)象[31,32]應機理，存在多種不同的理論解釋，如塑性變形金屬表面發(fā)生氧化，裂紋面粗糙程度導致裂紋表性誘發(fā)裂紋閉合(PICC)，粗糙度誘發(fā)裂紋閉合(OICC)等理論[34]。

圖1-2塑性誘發(fā)裂紋閉合（PICC）原理示意圖

區(qū)”均發(fā)生了不可恢復的伸長。擴展后的裂紋見圖1-2b)，伸長量為此圖所示的深色區(qū)域，其外邊界為假定沒有塑性變形時的裂紋面。B點循環(huán)卸載時，如果沒有塑性應變，卸載到零時兩個原裂紋面會剛好發(fā)生接觸。但是由于有此不可恢復的塑性應變伸長量的存在，導致在還沒有卸載到零的某個拉應力外載....

圖1-3無限大板小范圍屈服條件時疲勞裂紋擴展的閉合模型

如圖1-3所示。即在加載到最大應力時，裂尖前方產(chǎn)生單調(diào)拉伸塑性區(qū)，后方形成塑性尾跡區(qū)。卸載到最小應力時，裂尖前方變?yōu)檠h(huán)壓縮塑性區(qū)，在循環(huán)塑性區(qū)與單調(diào)拉伸塑性區(qū)之間有卸載后仍殘余的拉伸應變，裂尖后方由于塑性尾跡區(qū)的存在裂紋發(fā)生閉合。圖1-3無限大板小范圍屈服條件時疲勞裂紋擴....

圖1-4有效應力強度因子幅值與應力比和最大外載的關系

iansky與Hutchinson給出了計算裂紋閉合程度Dugdale塑性區(qū)模型的假定下，利用該模型得加載到最大值時的張開輪廓，得到裂紋面各值的方法來確定卸載過程中裂紋面開始接觸時0時對應的閉合應力和張開應力與最大外載應他們的工作首次為PICC提供了一個理論上的解定....

本文編號：3979582