基于低周疲劳临界损伤预测Ⅰ型疲劳裂纹扩展速率的方法研究

《基于低周疲劳临界损伤预测Ⅰ型疲劳裂纹扩展速率的方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、th8SWMTS基于低周疲劳临界损伤预测Ⅰ型疲劳裂纹扩展速率的方法研究黄学伟蔡力勋西南交通大学力学与工程学院四川成都610031摘要完成Cr2Ni2MoV钢室温下的低周疲劳和疲劳裂纹扩展速率试验，得到了用于低周疲劳寿命预测的Manson-Coffin模型和表征疲劳裂纹扩展速率的Paris公式；以轴向应变幅和平均应力为损伤参量，描述材料的低周疲劳损伤，采用紧凑拉伸试样，通过有限元计算得到每个加载循环下裂尖塑性区每个节点的应力应变幅，进而获得裂尖塑性区每个节点的损伤值，并基于疲劳裂纹的非连续扩展模型提出了预测Ⅰ型疲劳裂纹扩展速率的研究方法，应用该方法模拟了Cr2Ni2MoV钢的疲劳裂

2、纹扩展速率，疲劳裂纹扩展试验很好地验证了数值模拟的预测精度。关键字疲劳裂纹扩展速率；疲劳损伤；有限元分析；Cr2Ni2MoV钢ResearchonPredictionMethodofⅠTypeFatigueCrackPropagationRateBasedonLowCycleFatigueCriticalDamageHuangxueweiCailixunSouthwestJiaotongUniversitySchoolofAppliedMechanicsandEngineeringChengdu610031Abreast:Theexperimentoflowcyclefatigu

3、eandfatiguecrackPrapagationonCr2Ni2MoVsteelweredoneatroomtemperature,predictinglowcyclefatiguelifeManson-CoffinmodelandrateoffatiguecrackpropagationParisformulawereobtainedfromtheexperiment.Axialstrainandmeanstresswereusedasdamageparametertodescribelowcyclefatiguedamage,takeCTspecimensandbase

4、donfiniteelementmethod,Thestressandstrainamplitudeofnodesinplasticzonecanbecomputed,sofatiguedamageofthesenodescanalsobeobtained,andbasedondiscontinuouscrackpropagation,thepredictionmethodofⅠtypefatiguecrackPrapagationwaspresented.ThemethodwasusedtosimulatefatiguecrackPrapagationrateofCr2Ni2M

5、oVsteel,bycomparisonofsimulationresultandtestresult,numericalsimulationcanobtainedtheneedaccuracy.Keyword:FatiguecrackPrapagationrate;Fatiguedamage;Finiteelementanalysis;Cr2Ni2MoVsteelCr2Ni2MoV钢是我国开发的用于发电机转子的新型材料，而疲劳裂纹扩展速率在评估转子的安全性、可靠性以及失效分析和寿命等方面有着重要的意义，目前材料疲劳裂纹扩展速率的研究主要体现在[1-3]试验研究和数值模拟两方面，

6、在试验方面，HuangXiaoping、TianwenZhao、S.Kalnaus等通过试验研究了不同的加载比R以及降载、过载对疲劳裂纹扩展速率的影响；数值模拟研究较少，多数学者利[4-5][6][7]用材料的疲劳裂纹扩展速率规律来预测结构的疲劳裂纹扩展；YanyaoJiang，FeifeiFan等基于多轴本构关系、临界损伤，预测了材料的疲劳裂纹扩展速率，但由于其采用了多轴本构模型，使得影响有限元计算精度的人为因素较多，并且其中有较多的可调参数，运算非常复杂，难以得到广泛应用。本文采用紧凑拉伸试样，以单轴恒幅低周疲劳损伤为基础，基于传统的单轴双线性弹塑性本构模型进行有限元分析，提

7、出了一种预测Ⅰ型疲劳裂纹扩展速率的有限元计算方法，由于该方法采用传统的损伤和弹塑性有限元计算方法，无人为因素的干扰，因此该方法简单易行。应用该方法对Cr2Ni2MoV钢的疲劳裂纹扩展行为进行了有限元模拟，并将模拟结果与试验结果进行了对比研究。-72-th8SWMTS1材料、试样与设备试验材料选取Cr2Ni2MoV钢，室温下的力学性能:E=215GPa，Rp0.2=860MPa,Rm=978MPa，v=0.3。低周疲劳试样采用国家标准推荐的光滑等直试样，试样直径为8mm，裂纹扩展速