殘余應力場下新型焊接壁板裂紋擴展壽命預估方法的研究.pdf

1、隨著新型焊接技術在飛機機身壁板結構的應用，對焊接壁板結構承載能力提出了更高要求，其中疲勞失效是影響承載能力的主要因素，特別是焊后殘余應力對構件疲勞壽命的影響。試驗方法能夠較為準確的反映焊接構件殘余狀態(tài)及疲勞性能，但影響因素較多，試驗周期長、可重復性差。通過數值方法模擬焊接殘余應力，對新型焊接工藝的應用和發(fā)展具有重要意義。
　　本文以2060-T8鋁鋰合金壁板攪拌摩擦焊與激光焊焊接為例，通過理論分析、Abaqus有限元模擬和試驗對比

2、，研究了焊后殘余應力作用下焊接構件的疲勞裂紋擴展特性，并提出了用于預估裂紋擴展壽命的方法。采用裂紋垂直于焊縫的中心裂紋構件。在殘余應力存在的情況下，根據裂紋尖端在線彈性斷裂力學的力學響應，定義新的應力強度因子幅值ΔKeff，利用改進的Walker公式預估裂紋擴展速率。對比擴展有限元和靜態(tài)斷裂力學模型，得出在有殘余應力存在時，強度因子理論值Kres與有限元模擬的結果一致。ΔKeff計算值與實驗值誤差小于5％。通過對激光焊鋁鋰合金疲勞裂紋擴

3、展實驗數據進行計算，將試驗結果與采用預估方法得到的疲勞數據對比發(fā)現，在裂紋初始擴展與快速擴展階段預估值誤差較大，而在穩(wěn)定擴展階段預估曲線與擬合曲線相關度r=89.7％。本文確定的方法適用于焊接壁板裂紋擴展壽命的預估。采用預定義溫度場法對已知的殘余應力場進行數值模擬，得到的模擬結果與試驗結果誤差小于2.2％。殘余應力重分布規(guī)律為沿著裂紋擴展方向殘余拉應力的最大值逐漸增大。研究殘余應力對應力比以及裂紋擴展速率的影響,隨著應力比的增加，對擴展