T型節(jié)點雙軸壓—壓疲勞裂紋擴展行為研究.pdf

1、隨著潛艇的下潛與上浮，潛艇橫艙壁受到橫向循環(huán)壓力，殼板受到縱向循環(huán)壓力，橫艙壁水平大梁端部結(jié)構(gòu)的T型節(jié)點正好是兩者的交匯處，承受著復(fù)雜的雙軸壓-壓疲勞循環(huán)載荷，其疲勞問題值得關(guān)注和研究。
　　 以Paris公式為代表的傳統(tǒng)斷裂力學(xué)認為，壓應(yīng)力導(dǎo)致裂紋閉合而不會擴展，從而忽略壓應(yīng)力的作用，忽視壓疲勞的危害。然而，越來越多的事實表明，循環(huán)壓應(yīng)力下裂紋不但可以萌生，還可以擴展，其擴展率先快后慢，逐漸減小幾乎至零，最終裂紋停滯休眠。因此

2、，對于壓疲勞Paris公式已不再適用，需要尋求新的分析方法。
　　 本文通過設(shè)計一套MTS雙通道同步加載工裝，對一組五個真實板厚和焊接工藝的T型節(jié)點試件，展開雙軸同步常幅正弦交變壓-壓疲勞試驗研究，獲得了試件殼板與肘板焊趾表面的疲勞裂紋擴展數(shù)據(jù)、疲勞壽命以及殘余應(yīng)力分布，總結(jié)了T型節(jié)點雙軸壓-壓疲勞的裂紋特性。試驗中提出了一種適用于壓-壓疲勞裂紋的“稀薄顏色試劑法”，能夠方便、快捷、有效地發(fā)現(xiàn)裂紋的萌生并追蹤裂紋的擴展情況。

3、r>　　 T型節(jié)點試件殼板與肘板焊縫焊趾表面在雙軸同步常幅正弦交變壓-壓循環(huán)載荷作用一定次數(shù)（即萌生壽命）后，在焊趾中部附近多點萌生宏觀短小裂紋，各自獨立擴展，進而相互合并連接成長裂紋，且能持續(xù)擴展，直至貫穿整個焊趾。其擴展的總體規(guī)律為:前期快速擴展、裂紋長度迅速增長，中期擴展速率下降、裂紋長度逐漸增長，在宏觀起裂后的6000次內(nèi)（裂紋總長度的65％以上被快速消耗）即快速下降到很低水平，待裂紋貫穿整個焊趾表面后擴展速率接近于零、裂紋長

4、度增長幾乎停滯，隨著循環(huán)次數(shù)繼續(xù)增加裂紋長度也沒有明顯變化，只是裂紋開口增大了而已。
　　 這種裂紋系多點萌生的R型系統(tǒng)，擴展階段具有短裂紋群體演化行為和長裂紋擴展行為的混合特性，即擴展初期多點萌生的短裂紋擴展率很高且逐漸減小，短裂紋連接合并成長裂紋，擴展率又增加并趨于長裂紋擴展率，最后到達邊界點擴展率減小近乎為零、擴展停滯。擴展過程中伴隨有短裂紋的合并行為、主導(dǎo)有效短裂紋行為和裂紋干涉效應(yīng)。
　　 針對T型節(jié)點雙軸壓-

5、壓疲勞裂紋擴展，通過Ansys有限元分析得到焊趾處的應(yīng)力幅，引入T型節(jié)點形狀修正MT、殘余應(yīng)力影響的修正K(σR)和雙軸等效應(yīng)力強度因子修正K(σz+hσY)，得到了T型節(jié)點雙軸壓-壓疲勞的等效應(yīng)力強度因子幅△KT，并保留材料參數(shù)m，改進了McEvily公式，并運用1stOpt軟件對簡化公式進行擬合，結(jié)果與試驗值吻合度良好，說明了所提擴展模型的可行有效，并展開進一步分析。
　　 新的擴展模型可為潛艇典型節(jié)點的疲勞裂紋擴展和壽命研