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疲劳裂纹扩展中裂纹闭合特性的数值分析方法

李亚智  张自鹏  何静  
【摘要】:疲劳裂纹扩展中的裂纹闭合是人们广泛关注的问题,其中塑性诱导裂纹闭合是导致裂纹闭合发生的主要机理。本文用弹塑性有限元法模拟含中心裂纹矩形板试件的疲劳裂纹扩展,并确定疲劳裂纹张开、闭合应力水平。通过计算,考察应力比R、裂纹长度、最大应力强度因子K_(max)等对疲劳裂纹张开闭合应力的影响规律。论文阐述了所采用的裂纹扩展模拟方法及确定裂纹张开和闭合应力的原理。采用了等K加载方式,也就是在裂纹扩展中裂尖应力强度因子的最大值K_(max)保持不变(给定R比,σ_(max)随裂纹长度变化)。分别分析了两种K_(max)水平下R比分别为0_3、0、-0.5和-1.0共8种载荷工况。结果表明,对各个载荷工况,用瞬时最大应力σ_(max)正则化的裂纹张开、闭合应力水平σ_(op)/σ_(max)和σ_(cl)/σ_(max)与裂纹长度无关.等K循环加载比等幅循环加载更有利于分析影响裂纹闭合水平的因素和闭合效应对疲劳裂纹扩展的影响规律,为建立基于裂纹闭合效应的疲劳裂纹扩展规律模型提供了一种新的思路。

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