工程力学

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拉-压循环加载下铝合金疲劳裂纹扩展的压载荷效应研究

沙宇1, 张嘉振2, 白士刚2, 周振功2   

  1. 1. 哈尔滨理工大学机械动力工程学院, 哈尔滨 150080;
    2. 哈尔滨工业大学复合材料研究所, 哈尔滨 150001
  • 收稿日期:2011-01-11 修回日期:2011-03-24 出版日期:2012-10-25 发布日期:2012-10-25
  • 通讯作者: 沙宇(1977-),女(回族),黑龙江伊春人,博士生,主要从事材料疲劳裂纹扩展性能的研究(E-meal:shayu2004@126.com). E-mail:shayu2004@126.com
  • 作者简介:张嘉振(1962-),男,黑龙江哈尔滨人,教授,博士,博导,主要从事航空材料与结构强度的研究(E-meal:zhangjiazhen2009@126.com);白士刚(1977-),男(回族),吉林永吉人,博士生,主要从事复合材料力学性能的研究(E-meal:baishigang1977@126.com);周振功(1965-),男,河南南阳人,教授,博士,博导,主要从事复合材料、工程力学的研究(E-meal:zhouzhg@hit.edu.cn).
  • 基金资助:

    国家自然科学基金项目(10872057);博士点基金项目(20092302110006);黑龙江省教育厅研究生创新基金项目(YJSCX2009-024HLJ);黑龙江省教育厅科学技术研究项目(11551082)

STUDY ON THE EFFECT OF COMPRESSION LOADING ON FATIGUE CRACK GROWTH OF ALUMINIUM UNDER TENSION-COMPRESSION CYCLE

SHA Yu1, ZHANG Jia-zhen2, BAI Shi-gang2, ZHOU Zhen-gong2   

  1. 1. School of Mechanical and Power Engineering, Harbin University of Science and Technology, Harbin 150080, China;
    2. Composite Materials and Structure Research Centre, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
  • Received:2011-01-11 Revised:2011-03-24 Online:2012-10-25 Published:2012-10-25

摘要:

应用弹塑性有限元方法与增量塑性损伤理论指出疲劳裂纹扩展的压载荷效应是裂纹尖端塑性损伤的结果, 建立了在拉-压循环加载下铝合金疲劳裂纹扩展速率的双参数预报模型, 对LY12-M 高强铝合金MT 试件在应力比R=0、-0.5、-1、-2 进行了疲劳裂纹扩展实验。结果表明:当最大应力强度因子Kmax相同时, 恒幅拉压加载(应力比R<0)的疲劳裂纹扩展速率明显高于恒幅拉拉加载(应力比R=0)的情况, 拉-压循环载荷的压载荷部分对疲劳裂纹扩展速率具有促进作用。该文得出的LY12-M 铝合金在拉-压循环加载下的疲劳裂纹扩展速率预报模型与实验结果符合较好。

关键词: 有限元分析, 拉-压加载, 裂尖参数, 增量塑性损伤, 反向塑性区

Abstract:

The effect of compressive loading on fatigue crack growth was studied using an elastic-plastic finite element analysis and incremental plastic damage theory. The results show that the effect of compressive loading on fatigue crack growth results from the plastic damage of a crack tip. A double parameter model of predicting fatigue crack propagation rate under tension-compressive loading is established. The fatigue crack growth test of the high-strength aluminum alloy LY12-M at the stress ratio R=0, -0.5, -1 and -2 is performed. The results show that the fatigue crack growth rate at R<0 (R=-0.5, -1 and -2) is significantly higher than the one at R=0 for the same Kmax. The compressive loading in the load cycle promotes the fatigue crack propagation of LY12-M aluminum alloy. The model has been proved to be in agreement with the experimental data.

Key words: finite element analysis, tension-compressive loading, crack tip parameters, incremental plastic damage, reverse plastic zone

中图分类号: 

  • O341
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2018年11月15日