【摘要】：構(gòu)件在循環(huán)載荷作用下將產(chǎn)生微裂紋,導(dǎo)致其強(qiáng)度、剛度等的下降,微裂紋積累到一定程度就會(huì)形成擴(kuò)展裂紋,最終造成疲勞斷裂破壞。工程實(shí)際中絕大多數(shù)金屬零部件在循環(huán)變化的載荷下工作,據(jù)統(tǒng)計(jì)各類(lèi)機(jī)件破壞總數(shù)的80%-90%都是由疲勞斷裂引起的。掌握裂紋擴(kuò)展一般規(guī)律及控制裂紋的擴(kuò)展非常重要且很有必要,如何阻礙金屬構(gòu)件中裂紋擴(kuò)展從而避免疲勞斷裂破壞的發(fā)生,以及提高受損件的安全壽命,是工程實(shí)踐中避免災(zāi)難性事故急需解決的問(wèn)題。本文基于疲勞斷裂理論,借助于ABAQUS軟件采用數(shù)值模擬的方法,對(duì)試樣裂紋擴(kuò)展疲勞壽命進(jìn)行了預(yù)測(cè)及驗(yàn)證,在此基礎(chǔ)上討論了噴丸強(qiáng)化處理對(duì)裂紋擴(kuò)展疲勞壽命的影響,主要研究?jī)?nèi)容如下：(1)為預(yù)測(cè)裂紋擴(kuò)展疲勞壽命,基于虛擬裂紋閉合技術(shù)(VCCT)計(jì)算界面單元內(nèi)裂尖的斷裂能釋放率,并通過(guò)斷裂準(zhǔn)則控制開(kāi)裂,采用直接循環(huán)法得到循環(huán)載荷作用下低周疲勞計(jì)算的穩(wěn)定響應(yīng)。為了加速低周疲勞分析,采用了損傷插值技術(shù),即一定循環(huán)次數(shù)后沿界面在裂尖處向前釋放至少一個(gè)單元長(zhǎng)度。(2)為預(yù)測(cè)噴丸強(qiáng)化對(duì)裂紋擴(kuò)展疲勞壽命的影響,上述基于線(xiàn)彈性斷裂力學(xué)的預(yù)測(cè)方法已不再適用,采用基于塑性誘導(dǎo)裂紋閉合理論的疲勞壽命預(yù)測(cè)方法。選取合適的材料塑性強(qiáng)化模型,并通過(guò)用戶(hù)子程序SIGINI添加噴丸殘余應(yīng)力作為受?chē)娫嚇拥某跏紤?yīng)力。通過(guò)該有限元模型求解出每個(gè)裂紋擴(kuò)展步的裂紋張開(kāi)力,從而求出有效應(yīng)力強(qiáng)度因子,進(jìn)而預(yù)測(cè)裂紋擴(kuò)展的疲勞壽命。通過(guò)預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比,驗(yàn)證了所建模型與疲勞壽命預(yù)測(cè)方法的正確性。(3)基于上述正確有效的模型與研究方法,在不同裂尖最小單元尺寸、不同應(yīng)力比、不同初始裂紋長(zhǎng)度及不同噴丸工藝條件下,討論受?chē)娕c未噴試樣的裂紋閉合效應(yīng)及裂紋擴(kuò)展疲勞壽命,分析各因素的一般影響規(guī)律及影響程度,為實(shí)際工程應(yīng)用提供有益的指導(dǎo)作用。
[Abstract]:Microcracks will be produced under cyclic loading, which will lead to the decrease of strength and stiffness, and the accumulation of microcracks to a certain extent will lead to the formation of propagating cracks, which will eventually lead to fatigue fracture failure. In engineering practice, most metal parts work under cyclic load. According to statistics, 80% -90% of the total damage of all kinds of machine parts is caused by fatigue fracture. It is very important and necessary to master the general law of crack growth and to control the crack growth. How to prevent the crack growth in metal members and to avoid fatigue fracture failure, and to improve the safety life of damaged parts, is very important and necessary. It is an urgent problem to avoid catastrophic accidents in engineering practice. Based on the theory of fatigue fracture, the fatigue life of specimen is predicted and verified by numerical simulation with the help of ABAQUS software, and the effect of shot peening treatment on fatigue life of crack propagation is discussed. The main research contents are as follows: (1) in order to predict the fatigue life of crack propagation, the fracture energy release rate of the crack tip of the interface element is calculated based on the virtual crack closure technique (VCCT), and the crack is controlled by the fracture criterion. The steady response of low cycle fatigue calculation under cyclic load is obtained by direct cycle method. In order to accelerate the low cycle fatigue analysis, damage interpolation technique is used, that is, at least one unit length is released forward along the interface along the crack tip after a certain number of cycles. (2) in order to predict the effect of shot peening on the fatigue life of crack propagation, The above prediction method based on linear elastic fracture mechanics is no longer applicable. The fatigue life prediction method based on plastic induced crack closure theory is used. A suitable material plastic strengthening model was selected and the residual stress of shot peening was added as the initial stress of the sprayed specimen by the user subroutine SIGINI. The crack opening force of each crack growth step is solved by the finite element model, and the effective stress intensity factor is obtained, and the fatigue life of crack propagation is predicted. By comparing the prediction results with the experimental results, the correctness of the proposed model and the fatigue life prediction method is verified. (3) based on the above correct and effective models and research methods, the minimum element size and the different stress ratio of different crack tip are obtained. Under different initial crack length and different shot peening process conditions, the crack closure effect and crack propagation fatigue life of sprayed and unsprayed samples are discussed, and the general influence law and influence degree of each factor are analyzed. It provides useful guidance for practical engineering application.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG668

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本文編號(hào)：2340768