文档介绍：硕士学位论文
带单边裂纹铝合金板的裂纹扩展
和寿命预测方法研究
A STUDY OF CRACK PROPAGATION AND LIFE
PERDICTION ABOUT THE ALUMINUM ALLOY
SPECIMEN WITH A SINGLE EDGE CRACK
刘效东
哈尔滨工业大学
2011 年 6 月
国内图书分类号:O346 学校代码:10213
国际图书分类号:531 密级:公开
工学硕士学位论文
带单边裂纹铝合金板的裂纹扩展
和寿命预测方法研究
硕士研究生:刘效东
导师:樊久铭教授
申请学位:工学硕士
学科:一般力学与力学基础
所在单位:航天学院
答辩日期:2011 年 6 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index: O346
: 53
Dissertation for the Master in Engineering
A STUDY OF CRACK PROPAGATION AND LIFE
PERDICTION ABOUT THE ALUMINUM ALLOY
SPECIMEN WITH A SINGLE EDGE CRACK
Candidate: Liu Xiaodong
Supervisor: Jiuming
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: General and Fundamental
Mechanics
Affiliation: School of Astronautics
Date of Defence: June, 2011
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学硕士学位论文
摘要
疲劳破坏一直是飞行器控制系统伺服作动器作动筒面临的最主要失效原
因。结构出现裂纹后,其在交变载荷作用下剩余寿命主要由裂纹扩展寿命所控
制。因此,对带有初始裂纹构件的裂纹扩展速率和寿命预测的研究具有重要意
义。
基于已有的研究疲劳裂纹扩展速率的断裂力学的理论方法,本文分别用
pairs公式、Forman公式和裂纹全程扩展公式计算了不同工况和不同初始裂纹下
的构件剩余寿命。在相同工况下第三章用有限元软件ANSYS计算了带有单边裂
纹试件的应力强度因子,采用退化为三角形的 1/4 中点元模拟裂纹尖端区域的
奇异性,文中给出了三维半裂纹体模型的数值算例。应力强度因子是控制裂纹
扩展和试件断裂的最主要因素。将有限元ANSYS计算的应力强度因子结果与公
式 KF a的计算值进行了对比分析。然后根据pairs公式用有限元计算的K
值预测了构件的剩余寿命。
为了验证理论模型和有限元对构件剩余寿命预测的有效性,在高频疲劳试
验机上对预制裂纹后的三点弯试样进行了疲劳裂纹扩展实验。通过自制悬臂梁
式挠度仪和引伸计分别测得三点弯试件的裂纹根部竖向位移和刀口张开位移的
信号变化曲线,根据裂纹尖端张开角度和试件端界面转角的几何关系,得到试
da
件断裂过程中的 aN曲线。然后对数据进一步处理,得到 a 曲线。最后将
dN
实验结果与 pairs 理论模型、有限元计算的结果进行了对比分析,提出了对模型
参数的修改建议。
关键词:裂纹扩展;寿命预测;应力强度因子;有限元;三点弯曲试样
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哈尔滨工业大学硕士学位论文
Abstract
Fatigue fracture is the main reason to failures of servo actuator in flight control
system. It is agreed that the residual life of the actuator with fissure defect is
determined by fatigue crack propagation life under alternate loading. So it is of great
significance to study the crack propagation rate and residua