断裂性能试验及裂纹扩展寿命分析

关键词： 分叉 扩展 破坏 裂纹

断裂性能试验及裂纹扩展寿命分析（通用2篇）

篇1：断裂性能试验及裂纹扩展寿命分析

断裂性能试验及裂纹扩展寿命分析

通过断裂性能试验确定了某型直升机部件金属材料的断裂韧性和裂纹扩展门槛值,采用多元线性回归方法拟合得到裂纹扩展速率方程的材料常数.采用不同的裂纹分析方法进行了损伤容限分析.研究结果表明:对此型直升机部件的金属材料来讲,应力强度因子变程门槛值对应的`应力比上截止限取0.7是合理的;低于安全疲劳极限的小载荷对裂纹扩展寿命有较大影响,尤其是按安全疲劳极限截除小载荷对裂纹扩展寿命的影响是非常显著的,当截除标准低于0.8倍的安全疲劳极限时,裂纹扩展寿命的差别不是很显著.

作 者：穆志韬 史佩 柳文林 MU Zhi-tao SHI Pei LIU Wen-lin 作者单位：穆志韬,MU Zhi-tao(海军航空工程学院,青岛分院,山东,青岛,266041)

史佩,SHI Pei(海军航空工程学院,训练部,山东,青岛,266041)

柳文林,LIU Wen-lin(飞行器工程系,山东,烟台264001)

刊 名：海军航空工程学院学报 ISTIC英文刊名：JOURNAL OF NAVAL AERONAUTICAL ENGINEERING INSTITUTE年，卷(期)：23(6)分类号：V215.6关键词：裂纹扩展 损伤容限 裂纹扩展门槛值 断裂韧性

篇2：断裂性能试验及裂纹扩展寿命分析

但是关于GH4169合金焊接接头的高温疲劳裂纹扩展性能方面的所做的研究比较少[2,3,4],因此本工作针对GH4169合金电子束焊接接头的高温疲劳裂纹扩展性能进行了试验研究,为GH4169合金焊接头的疲劳断裂预测提供了技术依据。本研究分为两部分。第一步试验研究得出在650℃下GH4169合金母材和焊接接头的疲劳裂纹扩展速率。第二步通过计算预测并比较GH4169合金母材和焊接接头的疲劳寿命。

1 试验材料和试验方法

试验材料采用GH4169合金,在650℃下的材料参数见表1。取焊缝区和母材作为疲劳裂纹扩展试验的试验部位, 采用楔型加载(WOL)试件,应力比R=0.1,试件尺寸及裂纹形式如图1所示。疲劳裂纹扩展试验在MTS810疲劳试验机上进行。

2 结果和分析

a-N曲线如图2所示,经七点递增多项式方法进行局部拟和求导,得出疲劳裂纹扩展速率da/dN和裂纹长度的拟合值,以及应力强度因子幅ΔK,650℃下在双对数坐标中da/dN和ΔK的关系曲线见图3,由图3中见,在双对数坐标中基本上呈线性关系。

采用Paris公式对试验数据进行回归,得到公式中的材料常数C和m,从而得出了650℃下da/dN和ΔK之间的关系,见表2。根据疲劳裂纹扩展速率方程画出拟合曲线如图4。

从图4可以看出在650℃高温下,GH4169合金母材的疲劳裂纹扩展速率高于相应的焊接接头的疲劳裂纹扩展速率。高温下材料的弹性模量和屈服点也随之降低,氧化作用也增强,从而使疲劳裂纹扩展速率随温度增加而加快。

我国一般定义0.5mm为疲劳初始裂纹尺寸,本研究在焊接接头的疲劳评定中也沿用这一规定,即取初始裂纹长度a0=0.5mm来分析接头的剩余寿命。在不同应力条件下,临界裂纹尺寸δc见表1。

为分析疲劳寿命,应力比r取0.1,将a0,ac和上述材料参数代入下式[5]

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从而得在不同的应力幅Δσ下的疲劳剩余寿命。图5为在同一坐标系下表示的650℃高温GH4169合金母材及焊接接头的疲劳裂纹扩展寿命,若给定应力幅,可以由图5估算GH4169合金接头的疲劳剩余寿命。

3 结论

(1)疲劳裂纹扩展试验及数据统计分析表明,在高温试验条件下,GH4169合金母材的中值疲劳裂纹扩展速率高于相应焊缝的中值疲劳裂纹扩展速率。

(2)电子束焊接接头的疲劳裂纹扩展寿命取决于疲劳裂纹扩展速率、初始裂纹尺寸和裂纹容限。母材及焊缝的疲劳裂纹扩展速率和裂纹容限均有较大的差异,因此,在疲劳裂纹扩展寿命评定中必须综合进行分析。

(3)在初始裂纹尺寸相同的情况下,虽然GH4169合金电子束焊缝的裂纹容限比母材的裂纹容限小,但由于焊缝疲劳裂纹扩展速率较母材的小,所以在相同的初始裂纹尺寸和应力幅条件下,GH4169合金焊缝区疲劳裂纹扩展到临界裂纹尺寸的剩余寿命要高于母材的剩余寿命。

摘要：对GH4169合金焊接接头在650℃下的疲劳裂纹扩展性能进行了测试和分析。结果表明,疲劳裂纹扩展速率、初始裂纹尺寸、裂纹容限和温度对焊接接头的疲劳裂纹扩展寿命都有影响。母材及焊缝的疲劳裂纹扩展速率和裂纹容限均有较大的差异。

关键词：疲劳,裂纹扩展,高温合金

参考文献

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