断裂力学在焊接结构疲劳裂纹扩展研究中的应用.pdf

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1、应用与试验·机械研究与应用·断裂力学在焊接结构疲劳裂纹扩展研究中的应用黄向红(I~／)1l机电职业技术学院，四川攀枝花617064)摘要：疲劳裂纹的产生以及扩展对结构件的安全使用存在着巨大的隐患，掌握疲劳裂纹扩展的基本规律和熟悉影响疲劳裂纹扩展的因素是非常必要的。对疲劳裂纹扩展的基本规律和影响因素进行了分析，并举例应用断裂力学的理论对焊接结构疲劳裂纹的扩展寿命进行了估算。关键词：断裂力学；焊接结构；疲劳裂纹扩展；应用中图分类号：TB12文献标识码：A文章编号：1006—4414(2011)03—0080-03Applicationoffractureme

2、chanicsinthefatiguecrackpropagationofweldingstructuresHuangXiang．．hong(Sichuanpolytechniccollegeofelectricalandmechanical，PanzhihuaSichuan617064，China)Abstract：einitiationandextensionoffatiguecrackcanbeabudforUStousingthewel~ngstructures．SOitisveryimpor-tanttomasterthelawoftheext

3、ensionaboutthefracturemechanicsandbefamiliarwitllthefactorsthatafectthefatiguecrackgrowth．Inthispaper，thebasiclawoffatiguecrackgrowthandimpactfactorsareanalyzed．ItalsocitessomeexamplesaboutusingthetheoryoffracturemechanicstOestimatethelifeoftheweldingstructureswithitsextensionfat

4、iguecrack．Keywords：fracturemechanics；weldedstructures；fatiguecrackgrowth；application1概述引起应力集中现象，在峰值应力处将会产生微观裂疲劳断裂是焊接结构的主要破坏形式之一。据纹。由于焊接接头的特殊性，在焊趾及焊根处有严重统计在现代工业领域中，约有90％的焊接结构破坏的应力集中，当经受多次重复载荷的作用后，即使这是由焊接接头的疲劳断裂引发的⋯。疲劳问题引起些部位没有存在缺陷，会产生微观裂纹形成裂源¨。了人们的重视，利用各种方法来计算结构在给定工作一个含有初始裂纹a。的焊接构

5、件，当承受静载条件下的疲劳寿命。荷时，只有在其应力水平达到临界应力(Jr时，即当其传统疲劳强度的计算方法，是在大量疲劳试验的裂纹尖端的应力强度因子达到临界值。时，才会发统计结果上获得载荷一循环次数曲线，然后在此基础生失稳破坏。假如构件承受一个低于or。但又具有足上，利用疲劳图再给以一定的安全系数进行设计和选够大的循环应力，这个初始裂纹a。便会发生缓慢扩材，然而构件在实际使用中仍会过早发生意外破坏。展，当达到临界裂纹尺寸时，会使构件发生破坏。裂这就是说，设计的可靠性未能得到充分保证。这种情纹在循环应力的作用下，由初始值a。到临界值口。这况的出现主要是由于评

6、定疲劳特性所用试件与实际一段扩展过程，就是疲劳裂纹的亚临界扩展阶段⋯。构件之间存在者差异。为了确保设备在使用时存在或正在扩展的裂纹实际构件在加工制造和使用过程中，由于各种原不会发生无法挽回的灾难性事故，必须确定疲劳条件因(如焊接、锻造、表面划痕等)往往存在着各种类型下的亚临界裂纹扩展速率，它是决定零部件疲劳破坏的裂纹，尤其是焊接件，由于焊接接头焊趾处的焊接寿命的特性指标之一。断裂力学认为疲劳裂纹扩展缺陷、应力集中和残余拉伸应力的作用，使焊缝处的速率da／dN是应力强度因子范围AK的函数，da／dN疲劳强度比母材低，更易在焊缝处萌生疲劳裂纹。与AK的关系在

7、双对数坐标上是一条反S形曲线(如有裂纹的构件在变载荷的作用下，裂纹可能逐渐图1所示)，该曲线可分为三个区域：I区、Ⅱ区和Ⅲ扩展。利用断裂力学，按照裂纹在循环载荷下的扩展区。I区为不扩展区(近门槛区)，这时AK

8、荷作用时，这些部位截面上的应力分布不均，会Ⅲ区为裂纹失稳扩展区，由于其扩展速率很