基于擴展有限元的鋁合金板裂紋擴展分析及疲勞壽命預(yù)測.pdf

1、鋁合金板具有比重輕、強度高的優(yōu)越特性，被廣泛應(yīng)用于汽車車身及飛機結(jié)構(gòu)中。構(gòu)件在工作過程中承受載荷等外界條件的作用，會對材料的力學性能產(chǎn)生影響，尤其是當構(gòu)件中出現(xiàn)裂紋時，會導致結(jié)構(gòu)發(fā)生斷裂，帶來不可預(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象，基于擴展有限元法，主要應(yīng)用裂紋力學的理論知識對二維及三維裂紋體的裂紋擴展進行分析，并對三維裂紋體的疲勞壽命做出初

2、步預(yù)測。
　　對于二維裂紋體，本文通過對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，得出裂紋擴展長度與載荷、裂紋張開位移與載荷的關(guān)系曲線。同時，對裂紋尖端的靜態(tài)和動態(tài)應(yīng)力強度因子做了分析。得出結(jié)論：Ⅰ型載荷對裂紋擴展影響較大；裂紋擴展長度越長，所需載荷越大；裂紋擴展初期所需的載荷增幅較后期大；裂紋張開位移隨著載荷的增加逐漸增加；應(yīng)力強度因子可以控制裂紋的擴展方向。
　　對于三維裂紋體，本文通過對相同

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，得出了裂紋擴展長度曲線、裂紋張開位移曲線，同樣對裂紋尖端的動、靜態(tài)應(yīng)力強度因子做了分析。并對三維裂紋體在不同載荷下的疲勞壽命做了初步預(yù)測。得出結(jié)論：Ⅰ型裂紋的擴展長度要大于Ⅲ型和Ⅰ-Ⅲ復(fù)合型裂紋；Ⅲ型和Ⅰ-Ⅲ復(fù)合型裂紋的張開位移出現(xiàn)平臺。隨著裂紋擴展，三種應(yīng)力強度因子普遍呈增加的趨勢，其中 KⅠ和 KⅢ隨裂紋擴展的變化趨勢是相同的：裂紋擴展初期，應(yīng)力強度因子增幅較平緩，而在裂紋擴展后