基于擴(kuò)展有限元的鋁合金板裂紋擴(kuò)展分析及疲勞壽命預(yù)測(cè).pdf

1、鋁合金板具有比重輕、強(qiáng)度高的優(yōu)越特性，被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)車(chē)身及飛機(jī)結(jié)構(gòu)中。構(gòu)件在工作過(guò)程中承受載荷等外界條件的作用，會(huì)對(duì)材料的力學(xué)性能產(chǎn)生影響，尤其是當(dāng)構(gòu)件中出現(xiàn)裂紋時(shí)，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生斷裂，帶來(lái)不可預(yù)估的災(zāi)難性后果。但是，裂紋的出現(xiàn)并不能立刻使構(gòu)件發(fā)生斷裂。為了考慮構(gòu)件的安全性和可靠性，本文以2014-T6鋁合金板作為研究對(duì)象，基于擴(kuò)展有限元法，主要應(yīng)用裂紋力學(xué)的理論知識(shí)對(duì)二維及三維裂紋體的裂紋擴(kuò)展進(jìn)行分析，并對(duì)三維裂紋體的疲勞壽命做出初

2、步預(yù)測(cè)。
　　對(duì)于二維裂紋體，本文通過(guò)對(duì)直裂紋體與斜裂紋體分別施加平面Ⅰ型載荷、Ⅱ型載荷以及Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型載荷，得出裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度與載荷、裂紋張開(kāi)位移與載荷的關(guān)系曲線。同時(shí)，對(duì)裂紋尖端的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度因子做了分析。得出結(jié)論：Ⅰ型載荷對(duì)裂紋擴(kuò)展影響較大；裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度越長(zhǎng)，所需載荷越大；裂紋擴(kuò)展初期所需的載荷增幅較后期大；裂紋張開(kāi)位移隨著載荷的增加逐漸增加；應(yīng)力強(qiáng)度因子可以控制裂紋的擴(kuò)展方向。
　　對(duì)于三維裂紋體，本文通過(guò)對(duì)相同

3、裂紋體分別施加Ⅰ型載荷、Ⅲ型載荷以及Ⅰ-Ⅲ復(fù)合型載荷，得出了裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度曲線、裂紋張開(kāi)位移曲線，同樣對(duì)裂紋尖端的動(dòng)、靜態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度因子做了分析。并對(duì)三維裂紋體在不同載荷下的疲勞壽命做了初步預(yù)測(cè)。得出結(jié)論：Ⅰ型裂紋的擴(kuò)展長(zhǎng)度要大于Ⅲ型和Ⅰ-Ⅲ復(fù)合型裂紋；Ⅲ型和Ⅰ-Ⅲ復(fù)合型裂紋的張開(kāi)位移出現(xiàn)平臺(tái)。隨著裂紋擴(kuò)展，三種應(yīng)力強(qiáng)度因子普遍呈增加的趨勢(shì)，其中 KⅠ和 KⅢ隨裂紋擴(kuò)展的變化趨勢(shì)是相同的：裂紋擴(kuò)展初期，應(yīng)力強(qiáng)度因子增幅較平緩，而在裂紋擴(kuò)展后