Ⅰ-Ⅱ型復(fù)合加載下高強鋼焊接接頭的疲勞裂紋擴展行為.pdf

1、船體結(jié)構(gòu)在水中長期承受水壓等交變應(yīng)力的作用，極易產(chǎn)生疲勞開裂。復(fù)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(fù)合作用。因此有必要研究復(fù)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(chǔ)材料而得以廣泛應(yīng)用。對某型號高強鋼及其焊接接頭采用I-II型復(fù)合加載方式進(jìn)行疲勞試驗，研究其裂紋擴展特性。重點包括復(fù)合加載下的應(yīng)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。

2、分析閉合效應(yīng)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(dá)式。具體如下：
　　采用有限元計算KI，KII，發(fā)現(xiàn)其中的應(yīng)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(jìn)行 I-II型復(fù)合加載，實測開裂方向，發(fā)現(xiàn)與最大周向應(yīng)力準(zhǔn)則預(yù)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

3、化。裂紋開始擴展后，KII急劇下降，KI增加，此后KII遠(yuǎn)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展速率，馬氏體阻礙裂紋的擴展。實驗發(fā)現(xiàn)疲勞裂紋穩(wěn)定擴展階段擴展速率曲線出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點，分析掃描電鏡下的微觀斷口發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)折點前后裂紋的擴展機制發(fā)生了變化，由疲勞斷裂轉(zhuǎn)為解理斷裂和疲勞斷裂的混合型。
　　采用Richard和Tanaka公式表示當(dāng)量應(yīng)力強度因子ΔKv，發(fā)現(xiàn)不同加載角度下的擴展速率曲線 da

4、/dN-ΔKv不重合。說明現(xiàn)有的應(yīng)用較廣的公式得到的ΔKv無法很好地描述復(fù)合加載下高強鋼的疲勞裂紋擴展驅(qū)動力。裂紋擴展過程中存在閉合效應(yīng)，這使得真正驅(qū)動裂紋擴展的有效載荷發(fā)生了變化。分析發(fā)現(xiàn)母材中的裂紋閉合程度低于焊縫，且處于一個較低水平。考慮閉合效應(yīng)對裂紋擴展驅(qū)動力的影響，用有效應(yīng)力強度因子ΔKeff=UΔKv表征裂紋擴展的真實驅(qū)動力，發(fā)現(xiàn)修正效果一般?？紤]復(fù)合型加載時加載和開裂角度及閉合度對擴展驅(qū)動力的影響，提出一個新型描述復(fù)合加載