殘余應(yīng)力場(chǎng)下新型焊接壁板裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)估方法的研究.pdf

1、隨著新型焊接技術(shù)在飛機(jī)機(jī)身壁板結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，對(duì)焊接壁板結(jié)構(gòu)承載能力提出了更高要求，其中疲勞失效是影響承載能力的主要因素，特別是焊后殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件疲勞壽命的影響。試驗(yàn)方法能夠較為準(zhǔn)確的反映焊接構(gòu)件殘余狀態(tài)及疲勞性能，但影響因素較多，試驗(yàn)周期長(zhǎng)、可重復(fù)性差。通過(guò)數(shù)值方法模擬焊接殘余應(yīng)力，對(duì)新型焊接工藝的應(yīng)用和發(fā)展具有重要意義。
　　本文以2060-T8鋁鋰合金壁板攪拌摩擦焊與激光焊焊接為例，通過(guò)理論分析、Abaqus有限元模擬和試驗(yàn)對(duì)比

2、，研究了焊后殘余應(yīng)力作用下焊接構(gòu)件的疲勞裂紋擴(kuò)展特性，并提出了用于預(yù)估裂紋擴(kuò)展壽命的方法。采用裂紋垂直于焊縫的中心裂紋構(gòu)件。在殘余應(yīng)力存在的情況下，根據(jù)裂紋尖端在線彈性斷裂力學(xué)的力學(xué)響應(yīng)，定義新的應(yīng)力強(qiáng)度因子幅值ΔKeff，利用改進(jìn)的Walker公式預(yù)估裂紋擴(kuò)展速率。對(duì)比擴(kuò)展有限元和靜態(tài)斷裂力學(xué)模型，得出在有殘余應(yīng)力存在時(shí)，強(qiáng)度因子理論值Kres與有限元模擬的結(jié)果一致。ΔKeff計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值誤差小于5％。通過(guò)對(duì)激光焊鋁鋰合金疲勞裂紋擴(kuò)

3、展實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，將試驗(yàn)結(jié)果與采用預(yù)估方法得到的疲勞數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在裂紋初始擴(kuò)展與快速擴(kuò)展階段預(yù)估值誤差較大，而在穩(wěn)定擴(kuò)展階段預(yù)估曲線與擬合曲線相關(guān)度r=89.7％。本文確定的方法適用于焊接壁板裂紋擴(kuò)展壽命的預(yù)估。采用預(yù)定義溫度場(chǎng)法對(duì)已知的殘余應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，得到的模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果誤差小于2.2％。殘余應(yīng)力重分布規(guī)律為沿著裂紋擴(kuò)展方向殘余拉應(yīng)力的最大值逐漸增大。研究殘余應(yīng)力對(duì)應(yīng)力比以及裂紋擴(kuò)展速率的影響,隨著應(yīng)力比的增加，對(duì)擴(kuò)展