非焊合區(qū)對鈦合金層合結(jié)構(gòu)斷裂性能影響分析.pdf

1、鈦合金由于具有比強度高、耐久性強、抗蠕變、可焊接、重量輕等優(yōu)異的綜合性能，已成為飛機、火箭等主體結(jié)構(gòu)的重要材料。然而，在鈦合金的疲勞試驗研究中發(fā)現(xiàn)，無論是鈦合金整體件還是分體組合結(jié)構(gòu)（焊接或鉚接）件，疲勞裂紋一旦萌生，裂紋擴展速率較快，導(dǎo)致鈦合金構(gòu)件在較短時間內(nèi)發(fā)生斷裂失效，即裂紋擴展壽命很短。這表明，雖然鈦合金結(jié)構(gòu)的裂紋萌生壽命長，具有較好的疲勞耐久性，但損傷容限性能較差，難以保證使用安全。為此，需要研究能夠改善鈦合金結(jié)構(gòu)損傷容限特性

2、的設(shè)計方式。
　　本文針對擴散連接鈦合金層合結(jié)構(gòu)，研究了非焊合區(qū)對層合結(jié)構(gòu)的斷裂性能影響機理;基于擴展有限元的方法，研究了含非焊合區(qū)的鈦合金多層板在拉-拉循環(huán)荷載作用下的裂紋擴展規(guī)律;針對含非焊合區(qū)（稱為止焊區(qū)）的擴散連接鈦合金層合板，研究了止裂區(qū)的個數(shù)、位置和尺寸等幾何參數(shù)對裂紋擴展特性的影響規(guī)律，給出了提高疲勞裂紋擴展壽命的參數(shù)設(shè)計。主要研究內(nèi)容和成果如下。
　　(1)非焊合區(qū)對層合結(jié)構(gòu)的斷裂性能影響機理研究。選取鈦合金

3、層合梁結(jié)構(gòu)為研究對象，分析了非焊合區(qū)（止裂區(qū)）的設(shè)置對含初始裂紋的層合梁結(jié)構(gòu)斷裂性能的影響。分別計算含非焊合區(qū)和不含非焊合區(qū)兩種情況下的層合梁結(jié)構(gòu)在不同裂紋長度時的裂尖應(yīng)力強度因子KⅠ、KⅡ，對以上兩種情況的裂紋長度增加時的應(yīng)力強度因子變化曲線進行對比分析，來說明非焊合區(qū)能夠?qū)α鸭y擴展進行抑制的影響機理。
　　(2)含非焊合區(qū)的擴散連接鈦合金多層板裂紋擴展特性研究。采用擴展有限元方法研究含非焊合區(qū)的擴散焊接鈦合金多層板的裂紋擴展規(guī)

4、律。首先，通過擴展有限元方法獲得的裂紋擴展特性與實驗結(jié)果的比較，說明了擴展有限元法可獲得準確的裂紋擴展規(guī)律，驗證了擴展有限元方法在裂紋擴展分析中的適用性。進而，分析了非焊合區(qū)對裂紋沿表面、深度方向的擴展的影響、對斷口面積擴展規(guī)律的影響，以及對損傷容限的增強作用。
　　(3)含非焊合區(qū)的擴散連接鈦合金多層板裂紋擴展特性影響參數(shù)分析。針對含孔邊缺陷的擴散連接鈦合金多層板，采用基于擴展有限元方法的數(shù)值模擬技術(shù)，研究止裂區(qū)的尺寸、位置和個