焊趾表面裂纹应力强度因子简化计算的比较研究(英文)

对接、T 型接头与十字接头是船舶与海洋结构的典型结构形式,其大部分疲劳失效是由于焊趾引起的。各种表面裂纹的应力强度因子计算是船舶与海洋结构基于断裂力学安全评定和疲劳寿命预测的基础。Bowness 等人提出了T 型接头焊趾表面裂纹应力强度因子计算式,作者对其复杂的计算式进行了简化。BS7910 针对对接、T 型接头与十字接头提出了两套焊趾应力强度因子表达式,一是针对二维表面裂纹提出的,一是针对三维表面裂纹提出的。本文对作者给出的简化表达式以及BS7910 的两套表达式进行了比较。结果表明作者给出的简化表达式不仅可以用来计算T 型接头的焊趾表面裂纹应力强度因子,而且可以用来计算对接与十字接头焊趾表面裂纹的应力强度因子。同时发现在a/T< 0.05 处三者的差别比较大,因此用有限元法进行了验证,结果证明作者给出的简化表达式比其他表达式更加合理。

Ⅱ型裂纹疲劳扩展中超载行为的研究

利用铝合金ＬＹ１２ＣＡ制十字型试样进行Ⅱ型裂纹的疲劳扩展试验，施加若干次短瞬的Ⅱ型超载、发现Ⅱ型裂纹的超载行为与Ⅰ型裂纹的不同，裂纹的扩展速率可几倍於未超载时相同应力强度因子幅度下的扩展速率；而且超载后的短瞬期间，裂纹在塑性区内仍保持较快的速率扩展。试验研究表明：Ⅱ型超载和Ⅰ型超载也许分别受不同的机制控制；它更类似于Ⅲ型超载。

十字焊接接头疲劳试验与宏观断口分析

疲劳断口的宏观分析是焊接结构疲劳试验和失效分析的有效手段,但一直未获得应得的重视,原因在于较难出现肉眼可识别的海滩条带。基于勾线法原理,研究了标记载荷对生成海滩条带的影响,制定了3种标记载荷谱,开展了十字焊接接头的拉伸疲劳试验。试验结果表明,标记载荷的幅值、平均值和循环次数是影响海滩条带生成效果的重要因素,保留载荷最大值的半幅标记载荷谱容易获得较明显的疲劳海滩条带。宏观断口分析发现了3种基本的裂纹演变形态,揭示了初始裂纹萌生位置及其数量是影响裂纹演变形态的主要因素。

低温环境下十字形非传力角焊缝接头的疲劳性能

为了研究低温环境下钢桥焊接细节的疲劳行为和性能,以典型的十字形非传力角焊缝接头为对象,开展室温和-60℃下的高周常幅疲劳试验;基于三维裂纹扩展数值模拟,分析低温对该焊接细节疲劳裂纹扩展寿命的影响机理.结果表明,该焊接细节的室温和-60℃条件下试验S-N疲劳寿命未表现出显著区别,初始焊接缺陷裂纹会在细节焊趾处的多个位置同时扩展;由低温环境导致的钢材断裂韧性的降低不会对该焊接细节的疲劳寿命产生明显影响.虽然低温会增强钢材抵抗疲劳裂纹扩展的能力,但是该焊接细节的疲劳寿命主要受焊接过程产生的多样化初始裂纹缺陷因素控制;建议采用考虑多裂纹耦合扩展的三维裂纹扩展数值模拟来更加精确地预测疲劳裂纹扩展寿命.

基于FBG应变传感器的焊接接头疲劳试验

针对焊接接头疲劳实验中裂纹萌生阶段关键信息难以精准获取的问题,提出了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器的试验方法。采用十字焊接接头开展疲劳试验,通过在薄板焊趾圆弧段凸顶点布置FBG应变传感器,获取应变时间历程,以应变范围斜率突变点作为裂纹萌生的时间点。疲劳断口与焊趾形貌的对照表明焊趾圆弧段凸顶点是裂纹的易萌生位置,应变测试结果表明,焊接接头疲劳试件的疲劳失效呈现为多裂纹形式,多裂纹的萌生时间不同步且裂纹尺度不同。相较于传统的检测手段,FBG应变传感器操作简便,抗干扰能力强,稳定性好,并能较有效地捕捉焊趾多裂纹的萌生行为。

指数型功能梯度材料十字裂纹问题的应力场通解

研究指数型功能梯度材料十字裂纹问题,利用指数型功能梯度材料平面问题的应力场通解形式,对十字裂纹问题的应力场做了分析,给出了该问题的应力场通解结果,并利用此结果研究了裂纹尖端的应力强度因子.研究表明,对功能梯度材料平面问题中含不同的裂纹模式的应力场,均可通过利用其平面问题的通解形式来讨论,并给出不同裂纹模式的应力场通解.

双轴载荷下Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹构件失效评定图(FAD)研究

通过理论分析和双轴向断裂试验，研究了我国压力容器常用钢16MnR所制成的含中心穿透Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹十字形板试样的断裂性能，探讨了英国中央电力局（CEGB）R6法和美国电力研究所（EPRI）工程估算方法在双轴载荷下Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹构件的失效评定图，作出了经双向载荷和裂纹倾角修正含缺陷结构结构安全裕度的失效评定图，提出 了一种双轴载荷下Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹构件完整性评定方法。

钢桥十字形焊接细节应力强度因子的参数敏感性研究

焊接细节断裂参数与其疲劳裂纹扩展和疲劳性能直接相关,为探讨几何参数和裂纹参数对应力强度因子的影响规律,选取十字形焊接细节为研究对象。借助ANSYS软件建立了含半椭圆形裂纹的三维断裂力学模型,基于位移法分析了应力强度因子,讨论了几何参数(焊缝尺寸、板厚、对接焊缝参数)和裂纹参数(裂纹尺寸和裂纹形状比)对其的影响规律,拟合了裂纹形状修正系数函数。研究结果表明:(1)应力强度因子随对接焊缝余高和腹板板厚的增大而逐渐减小,而基本不受焊脚尺寸、翼缘板板厚和对接焊缝宽度的影响;(2)应力强度因子随裂纹形状比的增大而先增大后逐渐减小,但是随裂纹尺寸的增长而逐渐增大;(3)裂纹形状比和裂纹尺寸对应力强度因子影响最为显著,其影响幅度达18.0%。

T应力对立方准晶中含十字交叉型裂纹的影响

论文研究了立方准晶中含十字交叉型裂纹尖端附近的T应力.采用了积分变换法,将相关边值问题转换为求解奇异积分方程,得到声子场和相位子场的T应力,且可以表示为裂纹张开位移和施加在无穷远处的载荷之和.裂纹张开位移在确定声子场和相位子场的T应力中起着主导作用.同时强调了T应力在立方准晶脆性断裂中的作用.此外,还研究了裂纹臂长度比b/a对十字交叉型裂纹T应力的影响.