通過對(duì)相關(guān)理論的研究,發(fā)現(xiàn)在梯形波載荷譜中,增加過載波形會(huì)對(duì)裂紋擴(kuò)展速率有較大影響。因此,為了最大限度模擬服役環(huán)境的復(fù)雜性,研究艦船關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處材料的疲勞性能。本文分別對(duì)艦船關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處鈦合金材料Ti-6Al-4V進(jìn)行試驗(yàn)研究,設(shè)計(jì)并開展了不同保載時(shí)間、不同過載比下的過載保載-疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn),并在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對(duì)所提出的考慮載荷次序效應(yīng)的預(yù)報(bào)模型有效性進(jìn)行驗(yàn)證,從而證明預(yù)報(bào)模型與試驗(yàn)結(jié)果有潛在的工程應(yīng)用價(jià)值。 

【文章來源】：艦船科學(xué)技術(shù). 2020,42(17)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

CT試樣標(biāo)準(zhǔn)尺寸（mm）Fig.1SchematicshowingthesizeofsamplesofCT（mm）.

經(jīng)過對(duì)過載保載-裂紋擴(kuò)展的研究可以發(fā)現(xiàn)，許多學(xué)者對(duì)鈦合金材料的疲勞壽命進(jìn)行過試驗(yàn)與預(yù)報(bào)方法的研究，但主要集中在單峰過載疲勞與多峰過載疲勞，對(duì)考慮過載與保載共同影響的研究較少，考慮到海洋環(huán)境的復(fù)雜性及艦船工作狀態(tài)的不確定性，開展鈦合金材料過載保載-疲勞裂紋擴(kuò)展速率的研究很有必要。因此，開展鈦合金材料過載保載-疲勞裂紋擴(kuò)展速率的試驗(yàn)研究對(duì)壽命預(yù)報(bào)方法的完善有重要的科學(xué)價(jià)值，對(duì)解決其他工程應(yīng)用有重要的意義。1試驗(yàn)設(shè)計(jì)與開展1.1材料選擇鈦合金材料Ti-6Al-4V是第一個(gè)被研制成功的實(shí)用型鈦合金，而且大量應(yīng)用于艦船的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和潛艇的耐壓殼結(jié)構(gòu)，本試驗(yàn)所用試件根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3620.1-2007制備。表1Ti–6Al–4V化學(xué)性質(zhì)Tab.1ChemicalcompositionofTi–6Al–4V（wt%）.TiAlVFeCNHOBase6.24.10.120.010.010.0020.11表2Ti–6Al–4V材料性能Tab.2MechanicalpropertiesofTi–6Al–4VσY/MPaσμ/MPaE/MPaν102710691316240.341.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)本次過載保載-疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)是在室溫環(huán)境下進(jìn)行，試驗(yàn)設(shè)備采用100kN電子蠕變持久疲勞試驗(yàn)平臺(tái)，試驗(yàn)機(jī)和引伸計(jì)的精度均滿足國標(biāo)GB/T6398-2000和美國標(biāo)準(zhǔn)ASTME647《StandardTestMethodforMeasurementofFatigueCrackGrowthRates》的要求。本試驗(yàn)采用根據(jù)GB/T6398-2000加工制備的CT試樣，且在CT試樣頂部開夾持槽以滿足不同引伸計(jì)的量程，尺寸標(biāo)準(zhǔn)如圖1所示。a0/Wa0根據(jù)國標(biāo)GB/T211432007規(guī)定，應(yīng)為0.45–0.7之間，最小的預(yù)制疲勞裂紋擴(kuò)展量大于1.3mm或2.5%W中較大者，因此試驗(yàn)開始之前預(yù)制疲勞裂紋擴(kuò)展量為2mm，為24.5mm。本文進(jìn)行的是彈性范圍內(nèi)的過載保載-疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)，最大載荷為8kN，過載比OLR=1.2，1.5，載荷比R=0.03，保載

K=(2+aW)×0.866+4.64(aW)13.32(aW)2+14.72(aW)35.6(aW)4(1aW)1.5×FBW0.5。(1)da/dNKK由圖4和圖5的曲線可知，保載時(shí)間t對(duì)TC4長裂紋保載-疲勞裂紋擴(kuò)展速率具有明顯的影響，隨著應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍以及保載時(shí)間的增加，保載-疲勞裂紋擴(kuò)展速率明顯增加，且保載-疲勞裂紋擴(kuò)展速率約為疲勞裂紋擴(kuò)展速率的2~5倍。過載載荷的引入，會(huì)使試件的裂紋擴(kuò)展速率有明顯的增加，之后會(huì)產(chǎn)生一定的遲滯區(qū)域，即過載遲滯效應(yīng)。隨著過載比OLR的增加，試件裂紋擴(kuò)展速率回復(fù)到常幅載荷裂紋擴(kuò)展速率的時(shí)間增加，也就是說遲滯區(qū)域會(huì)隨著過載比的增加而增加。3預(yù)報(bào)結(jié)果分析3.1預(yù)報(bào)模型選擇與修正ΦRC本文所應(yīng)用的模型為王珂等提出的考慮過載載荷次序因子的保載-疲勞裂紋擴(kuò)展速率預(yù)報(bào)模型公式，該模型考慮了過載載荷以及保載時(shí)間的影響。dadN=ΦRC×A1[K(KthRKths)(1ek(ad))Kths]m11(Kmax/KC)n1+A2thold[(σmaxσR)(σYσR)]κK1(KmaxKC)n2m2，(2)圖3a-N曲線Fig.3a-Ncurves圖4過載比OLR=1.2保載-疲勞裂紋擴(kuò)展速率曲線Fig.4OLR=1.2dwell-fatiguecrackgrowthratecurve圖5過載比OLR=1.5保載-疲勞裂紋擴(kuò)展速率曲線Fig.5OLR=1.5dwell-fatiguecrackgrowthratecurve第42卷李永正，等：艦船關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)鈦合金過載保載-疲勞性能研究·19·


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