高载作用下的疲劳裂纹闭合与残余应力作用

工程结构经常受到变幅载荷的作用,施加的高载对结构中的疲劳裂纹扩展有明显影响,了解高载作用机理对于随机载荷谱下的裂纹扩展预测十分重要。基于塑性诱导裂纹闭合原理,运用弹塑性有限元法模拟疲劳裂纹扩展。阐述了所采用的裂纹扩展模拟方法及确定裂纹张开和闭合应力的原理,计算获得等K基本载荷循环下的裂纹闭合特性和残余应力分布规律。重点分析在基本循环中插入单个拉伸超载、单个压缩超载和单个拉伸超载后紧跟单个压缩超载等情况下裂纹的张开、闭合应力及残余应力分布随裂纹扩展的变化规律。结果表明,超载在裂尖前方和裂纹尾迹区引起的压缩残余应力是导致裂纹闭合应力水平升高和裂纹扩展迟滞的重要原因。裂纹闭合效应在拉伸超载后瞬时减弱,但会随着裂纹扩展快速上升至超过正常水平;单纯的压缩超载对裂纹闭合的削弱可以忽略不计,但紧跟在拉伸超载之后的压缩超载将导致裂纹闭合效应减弱,削弱拉伸超载下的裂纹扩展迟滞效应。

一种确定有效应力强度因子ΔK_(eff)的解析模型

通过对疲劳裂纹尖端应力－应变的分析，提出了一种新的ΔＫｅｆｆ的定义，给出了确定ΔＫｅｆｆ的解析模型。将其应用于不同材料数据的分析，结果表明，该模型能够很好地描述疲劳裂纹的闭合效应，并能够给出裂尖附近的应力－应变响应，从而为更加合理地分析疲劳裂纹的扩展提供了重要的依据。

近门坎区 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 型过载对 Ⅰ 型疲劳裂纹扩展延滞的影响——2.延滞机制

报导了近门坎区Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型过载导致随后Ⅰ型裂纹扩展中闭合力、断裂表面粗糙度及裂纹尖端区域残余应力场变化的测试结果，分析讨论了影响裂纹扩展延滞的主要因素。

随机载荷下疲劳裂纹的闭合和扩展估算模型

本文分析了裂尖前,后方塑性区对闭合性能的影响,提出从裂尖塑性钝化量和尾迹区残余塑性变形两个方面来确定裂纹面的残余变形,并讨论了压缩载荷对闭合应力的影响,由此建立了一个疲劳裂纹闭合模型,然后通过模型“有限记忆”性质的假定将它应用到随机加载情况。用此模型对铝合金2219——T851受飞机谱载荷的CCT平面应力试件进行了疲劳寿命估算,估算值与实验结果接近。

基于裂纹闭合效应的高载迟滞预测模型修正

裂纹闭合效应通常是导致Ⅰ型裂纹扩展在高载作用下发生迟滞效应的主要因素之一.本文采用汽车薄板QSTE340TM材料,针对不同应力比,高载比条件下疲劳裂纹扩展行为进行了实验研究.论文通过断面分析,针对各参数对裂纹闭合效应的具体影响进行了分析讨论,认为裂纹作用区域随裂纹扩展而动态变化,从而提出了一种对有效应力强度因子幅的修正方法.通过在原有模型中引入幂函数形式的动态变量α,表征裂纹闭合效应的作用比例随裂纹长度的动态变化,取得了较好的效果.