加载角度对高速列车铝合金焊接接头裂纹扩展路径的影响

以A7N01铝合金焊接接头为研究对象,基于最大周向应力准则,通过数值模拟的方法对接头裂纹在Ⅰ-Ⅱ复合加载下的扩展路径进行了研究,其中重点分析了当裂纹扩展到焊缝与母材之间的界面时,复合加载角度α对其启裂角度θ的影响.结果表明:在Ⅰ-Ⅱ复合载荷作用下,接头裂纹扩展到界面时,其扩展方向存在三种可能性:一是继续在焊缝中扩展;二是沿着界面方向扩展且不进入母材;三是穿过界面且进入母材.当α=30°时,裂纹在界面处的启裂角θ约为0°,裂纹将沿着界面的方向扩展且不进入母材;当α=45°时,裂纹在界面处的启裂角θ约为30°,裂纹将穿过界面且进入母材;当α=60°时,裂纹在界面处的启裂角θ约为41°,裂纹将穿过界面且进入母材.

压应力对压剪裂纹扩展的影响研究

本文针对压剪裂纹的启裂及扩展问题,研究了脆性材料中裂纹面压应力变化对其扩展的影响规律.借助双轴加载试验机可自由调节两个轴位移和力的优势,设计了一种单边对称双裂纹压剪试样.试验中,施加裂纹面压应力至不同的预设值后,使剪应力单调增大直至裂纹启裂及扩展,得到不同预设压应力下压剪裂纹启裂及扩展规律.随着预设压应力增大,启裂角增大,裂纹扩展路径与初始裂纹的偏角也增大.但随着压应力增大,启裂角增大至一定值后趋于稳定,实验发现,依据裂纹是否闭合,压应力对压剪裂纹扩展的作用大致可分为两个阶段:闭合前,压应力对裂纹启裂载荷及启裂角、扩展路径均有影响,预设压应力增大,裂纹启裂载荷增大、启裂角增大,扩展路径愈来愈偏离初始裂纹方向;闭合后,压应力虽然增大,启裂角和临界压剪应力比始终恒定,压应力对临界剪力和扩展路径存在一定影响.研究表明,裂纹启裂角与启裂时的压剪应力比存在一定的对应关系.启裂时的压剪应力比增大,启裂角增大,启裂时的压剪应力比恒定,启裂角不变.

FV520B钢Ⅰ-Ⅱ复合型断裂行为研究

针对离心压缩机叶轮出现的复合断裂问题,设计了I-II复合型断裂夹具和改进的紧凑拉伸试样,开展了叶轮典型材料FV520B不锈钢的试验研究。结果表明:FV520B钢I-II复合型断裂均属微孔聚集型韧性机制,只是在较大加载角度下,断口上的韧窝沿裂纹扩展方向被轻微拉长、深度变浅,主要由剪切分量占比增加所致;随加载角增加,材料总的断裂韧度增大,加载角为22. 5°和45°时较纯I型的分别增加了1. 8倍和4. 4倍,断裂韧度的I型和II型分量、及启裂角亦随之增大,采用复合型J积分断裂准则可以对试验结果进行较好地预测。本研究可为离心压缩机叶轮的复合断裂分析提供技术支撑。

复合型裂纹断裂的新准则

以Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹为研究对象,对裂纹尖端的塑性区分布规律进行了理论分析.引入两组评价裂纹尖端应力场对裂纹扩展影响的参数,考虑裂纹尖端存在的局部塑性变形,并采纳如下两个假设,(1)裂纹沿最短路径穿过塑性区向弹性区扩展,(2)当在扩展方向上的弹塑性边界极半径r大于其临界极半径rC时,裂纹开始扩展.在此基础上,导出了新的复合型裂纹断裂准则,并与现有部分断裂准则及实验结果进行了对比.结果表明:新建立的复合裂纹断裂准则与实验结果吻合程度非常高.文中还分析了裂纹尖端应力场对复合断裂的影响机制,阐述了以单一KⅠC或KⅡC建立的复合裂纹扩展准则的局限性以及考虑裂纹尖端应力场的必要性.