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原文传递 T型节点双轴压—压疲劳裂纹扩展行为研究

论文题名：	T型节点双轴压—压疲劳裂纹扩展行为研究
关键词：	双轴疲劳;T型节点;短裂纹行为;潜艇
摘要：	随着潜艇的下潜与上浮，潜艇横舱壁受到横向循环压力，壳板受到纵向循环压力，横舱壁水平大梁端部结构的T型节点正好是两者的交汇处，承受着复杂的双轴压-压疲劳循环载荷，其疲劳问题值得关注和研究。　　以Paris公式为代表的传统断裂力学认为，压应力导致裂纹闭合而不会扩展，从而忽略压应力的作用，忽视压疲劳的危害。然而，越来越多的事实表明，循环压应力下裂纹不但可以萌生，还可以扩展，其扩展率先快后慢，逐渐减小几乎至零，最终裂纹停滞休眠。因此，对于压疲劳Paris公式已不再适用，需要寻求新的分析方法。　　本文通过设计一套MTS双通道同步加载工装，对一组五个真实板厚和焊接工艺的T型节点试件，展开双轴同步常幅正弦交变压-压疲劳试验研究，获得了试件壳板与肘板焊趾表面的疲劳裂纹扩展数据、疲劳寿命以及残余应力分布，总结了T型节点双轴压-压疲劳的裂纹特性。试验中提出了一种适用于压-压疲劳裂纹的“稀薄颜色试剂法”，能够方便、快捷、有效地发现裂纹的萌生并追踪裂纹的扩展情况。　　 T型节点试件壳板与肘板焊缝焊趾表面在双轴同步常幅正弦交变压-压循环载荷作用一定次数（即萌生寿命）后，在焊趾中部附近多点萌生宏观短小裂纹，各自独立扩展，进而相互合并连接成长裂纹，且能持续扩展，直至贯穿整个焊趾。其扩展的总体规律为:前期快速扩展、裂纹长度迅速增长，中期扩展速率下降、裂纹长度逐渐增长，在宏观起裂后的6000次内（裂纹总长度的65％以上被快速消耗）即快速下降到很低水平，待裂纹贯穿整个焊趾表面后扩展速率接近于零、裂纹长度增长几乎停滞，随着循环次数继续增加裂纹长度也没有明显变化，只是裂纹开口增大了而已。　　这种裂纹系多点萌生的R型系统，扩展阶段具有短裂纹群体演化行为和长裂纹扩展行为的混合特性，即扩展初期多点萌生的短裂纹扩展率很高且逐渐减小，短裂纹连接合并成长裂纹，扩展率又增加并趋于长裂纹扩展率，最后到达边界点扩展率减小近乎为零、扩展停滞。扩展过程中伴随有短裂纹的合并行为、主导有效短裂纹行为和裂纹干涉效应。　　针对T型节点双轴压-压疲劳裂纹扩展，通过Ansys有限元分析得到焊趾处的应力幅，引入T型节点形状修正MT、残余应力影响的修正K(σR)和双轴等效应力强度因子修正K(σz+hσY)，得到了T型节点双轴压-压疲劳的等效应力强度因子幅△KT，并保留材料参数m，改进了McEvily公式，并运用1stOpt软件对简化公式进行拟合，结果与试验值吻合度良好，说明了所提扩展模型的可行有效，并展开进一步分析。　　新的扩展模型可为潜艇典型节点的疲劳裂纹扩展和寿命研究提供参考依据，为今后的压-压疲劳和多轴疲劳研究提供借鉴。
作者：	宋敏
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	严仁军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文