基于权函数的有限板边缘裂纹疲劳扩展剩余寿命研究

裂纹是各类工程或机械制造常见的一种缺陷,给设备安全带来重大隐患。针对裂纹在复杂载荷情况下扩展寿命难以准确预测的问题,提出了一种基于权函数的有限板裂纹疲劳扩展的剩余寿命预测模型。首先,引入权函数作为求解影响裂纹扩展速度的应力强度因子,采用Glinka-Shen权函数作为权函数多项式的构建模式,在多项式中选择三个待定系数建立四项多项式。然后利用均布载荷、一次载荷、二次载荷三种载荷作用下的参考应力强度因子,分别与基于权函数应力强度因子的计算式建立等式方程,得到待定系数的三元方程组,通过求解方程组获得三个待定系数值。其次,根据获得的三个待定系数值建立权函数表达式,并基于该权函数实现裂纹在不同长度上的应力强度因子求解,通过对比分析发现,基于权函数的应力强度因子与通用参考通用应力强度因子相吻合,误差在3%之内。最后,根据基于权函数的应力强度因子计算方法,结合通用的裂纹扩展模型Paris公式,求解出有限板裂纹疲劳扩展的在不同裂纹尺寸阶段时的扩展剩余寿命。结果表明,权函数的有限板裂纹疲劳扩展剩余寿命和通用应力强度因子相比,误差在5%之内。

变压吸附器疲劳裂纹扩展剩余寿命的研究

针对承受周期性疲劳载荷的一种压力容器——变压吸附器,对其疲劳裂纹扩展剩余寿命进行预测。基于断裂力学,求出裂纹初始深度和临界深度。利用ABAQUS中的扩展有限元功能确定变压吸附器裂纹萌生的位置,并得到裂纹深度a与应力强度因子幅ΔK的关系式,利用Pairs公式得到裂纹扩展寿命。结果表明:计算得到裂纹初始深度为0.9 mm,临界深度为12.9 mm。将ABAQUS仿真得到的裂纹深度和应力强度因子幅数据进行拟合,可得到两者的关系表达式。将该关系表达式及其它相关参数带入到Pairs公式,得到裂纹从初始深度扩展到临界破坏深度对应的设备剩余工作年限为1.3年。该评估结果为变压吸附器安全运行提供了理论上的支撑。