止裂孔形状及位置对金属疲劳裂纹扩展性能影响规律的研究

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1、分类号:TH1210710-2015125006硕士学位论文止裂孔形状及位置对金属疲劳裂纹扩展性能影响规律的研究刘荣伟导师姓名职称张春国教授申请学位级别工学硕士学科专业名称机械制造及其自动化论文提交日期2018年5月5日论文答辩日期2018年6月5日学位授予单位长安大学Studyoninfluenceofstop-holeshapeandlocationonfatiguecrackgrowthperformanceofsheetmetalAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LiuRongw

2、eiSupervisor：Prof.ZhangChunguoChang’anUniversity,Xi’an,China摘要止裂孔对金属板材疲劳寿命的影响规律复杂多变，是目前研究的热点之一。本文以一种工业用钢为对象，研究了止裂孔的形状及位置对板材试样疲劳裂纹扩展性能及断裂机理的影响规律，主要研究内容如下：1、采用直径为4mm的圆形/长径为4mm，短径为2mm的椭圆形止裂孔，研究了疲劳裂纹尖端切除量（分别为0.3mm、0.6mm和0.9mm）对金属板材扩展紧凑拉伸试样（E-CT试样）疲劳裂纹扩展速率及寿命的影响规律，实验结果发现在裂纹尖端切除量为

3、0.6mm的椭圆形止裂孔对疲劳寿命增加的幅度最大，比常规试样的疲劳寿命增加了约400%。并分别对含裂纹尖端试样进行金相组织和显微维氏硬度进行观察与测量，分析裂纹尖端塑性区的位置及大小，探究塑性区与裂纹尖端对疲劳裂纹扩展寿命及规律的影响。2、采用5mm的直线与两侧半径为3mm的圆弧及直径为1.2mm的圆孔组成的止裂线，研究了止裂线对金属板材扩展紧凑拉伸试样（E-CT试样）疲劳裂纹扩展速率及寿命的影响规律，并分别对即将瞬断的裂纹尖端试样进行金相组织和显微维氏硬度进行观察与测量，分析裂纹尖端塑性区的位置及大小，探究塑性区对再对含裂纹尖端试样进行金相组

4、织及显微硬度的测量，并对疲劳试样断口进行扫描电镜观察，分析疲劳扩展、断裂机理。3、ANSYS仿真模拟裂纹尖端塑性区及裂纹尖端应力场，在不同裂纹长度时，对裂纹尖端前裂纹扩展路径进行应力分析；同时仿真切割止裂孔钝化裂纹尖端后沿裂纹扩展路径的应力分析，以辅证裂纹尖端钝化对裂纹尖端应力，裂纹尖端塑性区，裂纹扩展速率的影响。关键词：止裂孔，裂尖应力分布，裂尖塑性区，疲劳裂纹扩展，疲劳延寿IAbstractTheinfluenceofthestopholeonthefatiguelifeofsheetmetaliscomplexandchangeable.

5、Inthispaper,theindustrialpureironDT4Cistakenastheobject,andtheinfluenceruleoftheshapeandpositionofthestopholeonthefatiguecrackpropagationperformanceandfracturemechanismoftheplatespecimenisstudied.Themainresearchcontentsareasfollows:1.Usinga4mmdiametercircular/a4mmlongdiamete

6、randa2mmshortdiameterellipticalstophole,removallengthofcracktip(0.3mm,0.6mm,and0.9mm,respectively)wereinvestigatedforthefatiguecracksofthesheetmetalexpandedcompacttensilespecimen(E-CTspecimen).Theeffectoftheexpansionrateandlifetimewasinvestigated.Theresultsoftheexperimentsho

7、wedthattheellipticalstopholewithacut-offamountof0.6mmhadthelargestincreaseinfatiguelifeandabout400%morefatiguelifethantheconventionalsample.Themicrostructureandmicro-Vickershardnessofcracktipspecimenswereobservedandmeasuredrespectively.Thepositionandsizeofplasticzoneatthecra

8、cktipwereanalyzed.Theinfluenceofplasticzoneandcracktiponfatiguecrackgrowthl