非焊合区对钛合金层合结构断裂性能影响分析

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1、硕士学位论文非焊合区对钛合金层合结构断裂性能影响分析ResearchonEffectsofNon．WeldedAreaonCrackGrowthCharacteristicofDiffusionBondedTitanium-AlloyLaminates学21003032完成日期：2Q!墨二墨二坌大连理工大学DalianUniversityofTechnology大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下迸行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致

2、谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：型仨碰金垂殖筮五垒臣幺丛叁睦互型』生么丝鲣刍作者签名：盏当日期：3珥2年—上月_上兰曰非焊合区对钛合金层合结构断裂性能影响分析摘要钛合金由于具有比强度高、耐久性强、抗蠕变、可焊接、重量轻等优异的综合性能，已成为飞机、火箭等主体结构的重要材料。然而，在钛合金的疲劳试验研究中发

3、现，无论是钛合金整体件还是分体组合结构(焊接或铆接)件，疲劳裂纹一旦萌生，裂纹扩展速率较快，导致钛合金构件在较短时间内发生断裂失效，即裂纹扩展寿命很短。这表明，虽然钛合金结构的裂纹萌生寿命长，具有较好的疲劳耐久性，但损伤容限性能较差，难以保证使用安全。为此，需要研究能够改善钛合金结构损伤容限特性的设计方式。本文针对扩散连接钛合金层合结构，研究了非焊合区对层合结构的断裂性能影响机理；基于扩展有限元的方法，研究了含非焊合区的钛合金多层板在拉．拉循环荷载作用下的裂纹扩展规律；针对含非焊合区(称为止焊区)的扩散

4、连接钛合金层合板，研究了止裂区的个数、位置和尺寸等几何参数对裂纹扩展特性的影响规律，给出了提高疲劳裂纹扩展寿命的参数设计。主要研究内容和成果如下。(1)非焊合区对层合结构的断裂性能影响机理研究。选取钛合金层合梁结构为研究对象，分析了非焊合区(止裂区)的设置对含初始裂纹的层合梁结构断裂性能的影响。分别计算含非焊合区和不含非焊合区两种情况下的层合梁结构在不同裂纹长度时的裂尖应力强度因子KI、KII，对以上两种情况的裂纹长度增加时的应力强度因子变化曲线进行对比分析，来说明非焊合区能够对裂纹扩展进行抑制的影响机

5、理。(2)含非焊合区的扩散连接钛合金多层板裂纹扩展特性研究。采用扩展有限元方法研究含非焊合区的扩散焊接钛合金多层板的裂纹扩展规律。首先，通过扩展有限元方法获得的裂纹扩展特性与实验结果的比较，说明了扩展有限元法可获得准确的裂纹扩展规律，验证了扩展有限元方法在裂纹扩展分析中的适用性。进而，分析了非焊合区对裂纹沿表面、深度方向的扩展的影响、对断口面积扩展规律的影响，以及对损伤容限的增强作用。(3)含非焊合区的扩散连接钛合金多层板裂纹扩展特性影响参数分析。针对含孔边缺陷的扩散连接钛合金多层板，采用基于扩展有限元

6、方法的数值模拟技术，研究止裂区的尺寸、位置和个数等几何参数对钛合金层合结构裂纹扩展特性和损伤容限的影响规律，给出提高疲劳裂纹扩展寿命和改善结构损伤容限特性的参数设计。关键词：钛合金层合结构；非焊合区；疲劳裂纹扩展；损伤容限；扩展有限元大连理工大学硕士学位论文ResearchontheEffectsofNon．WeldedAreaonCrackGrowthCharacteristicofDiffusionBondedTitanium—AlloyLaminatesAbstractTitaniumalloys

7、withexcellentcomprehensiveperformancesuchashighstrength，strongdurability，creepresistance，weldability，etc，hasbecometheimportantmaterialofthemainstructureoftheaircraftandrocket．However，throughthetitaniumalloyfatigueexperimentresearchfinding．nomatterthewhol

8、epiecesandthefissionstructure(weldedorriveted)oftitaniumalloy，oncefatiguecrackinitiation，thecrackgrowthrateisfast，whichisleadingtotitaniumalloycomponentfailureinashorttime．T11iSindicatesthatthedamagetoleranceperformanceoft