7N01铝合金接头残余应力对疲劳裂纹扩展行为的影响

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1、硕士学位论文7N01铝合金接头残余应力对疲劳裂纹扩展行为的影响EFFECTOFRESIDUALSTRESSONFATIGUECRACKPROPAGATIONOF7N01ALUMINUMALLOYJOINTS孟金奎哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG405学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开工学硕士学位论文7N01铝合金接头残余应力对疲劳裂纹扩展行为的影响硕士研究生：孟金奎导师：方洪渊教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔

2、滨工业大学ClassifiedIndex:TG405U.D.C:621.791DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringEFFECTOFRESIDUALSTRESSONFATIGUECRACKPROPAGATIONOF7N01ALUMINUMALLOYJOINTSCandidate：MengJinkuiSupervisor：Prof.FangHongyuanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Materials

3、ProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要铝合金密度低、比强度高，在工业领域，诸如船舶、汽车、列车等领域应用广泛。疲劳失效是铝合金结构的主要问题。残余应力的存在会影响铝合金结构的疲劳寿命，因此研究残余应力对铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响尤为

4、重要。由于试样在结构中提取出来时，残余应力会发生重新分布，同时残余应力也会随裂纹扩展而发生重分布。因此如何准确的确定残余应力的重分布规律以及发生重分布对疲劳裂纹扩展行为的影响非常重要。本文通过模拟和试验相结合的方法，研究了从焊接7N01铝合金板材提取紧凑拉伸试样（CT试样）前后试样内的残余应力变化规律，借助扩展有限元（XFEM）方法建立了含有各个长度静止裂纹的三维CT试样裂纹扩展模型，以便于等效的替代动态的裂纹扩展过程，从而达到了计算随裂纹扩展而重分布的残余应力在裂纹尖端产生的应力强度因子的目的。根据Walker公式拟合试验获

5、得的疲劳裂纹扩展数据，获得疲劳裂纹扩展速率随裂纹尖端平均应力强度因子??和应力强度因子范围∆?的变化规律（Walker曲面）。借助Walker曲面分析了无残余应力和含残余应力试样在外载荷作用下的疲劳扩展行为，研究结果表明，当试样含残余应力时，随着裂纹增长，可能出现疲劳裂纹扩展速率增加或者降低的情况，在裂纹尖端产生的应力强度因子为零之前，残余应力比较明显地影响疲劳裂纹扩展速率；当裂纹长度很大时，影响疲劳扩展速率的因素主要是外载荷。关键词：残余应力；疲劳裂纹扩展；有限元模拟；应力强度因子；应力比；紧凑拉伸试样I哈尔滨工业大学工学硕

6、士学位论文AbstractAluminumalloyswithlowdensityandhighspecificstrengtharewidelyusedinindustriessuchasships,automobilesandtrains.Fatiguefailureisamajorprobleminthestructureofaluminumalloys.Theexistenceofresidualstressaffectsthefatiguelifeofthealuminumalloystructure,soitisp

7、articularlyimportanttostudytheeffectofresidualstressonthefatiguecrackpropagationbehaviorofaluminumalloy.Asthesampleisextractedfromthestructure,theresidualstresswillredistribute,andtheresidualstressalsoredistributewiththecrackpropagation.Therefore,howtoaccuratelydete

8、rminethere-distributionlawofresidualstressandtheeffectofre-distributiononfatiguecrackpropagationbehaviorisveryimportant.Inthisthesis,there