14MnNbq焊接件应力强度因子与疲劳裂纹扩展

摘要

疲劳与断裂是引起工程结构和构件失效的最主要原因。桥梁焊接钢结构的寿命基本上由疲劳裂纹扩展所控制，而桥梁焊接钢结构中的裂纹是不可避免的，因此，对应力强度因子和疲劳裂纹扩展研究具有重要的工程实际意义。
　　 在已有的大量含裂纹构件的疲劳实验工作基础上，结合课题组所做的焊接结构疲劳实验资料，本文首先研究了14MnNbq中心穿透裂纹拉伸试样的应力强度因子,采用1/4奇异单元法模拟裂纹尖端的奇异性建立二维有限元模型，文中给出了试样的数值算例，将有限元计算结果与公式值进行对比，证实了二维有限元模型可有效地计算中心穿透裂纹试样的应力强度因子。用本文方法对中心穿透裂纹的扩展研究表明：二维模型结果与试验结果吻合很好。
　　 然后，研究14MnNbq表面裂纹的应力强度因子，假设表面裂纹在扩展过程中裂纹形状保持为半椭圆形状。本文使用两种方法建立有限元模型：一种是用自动网格划分程序生成三维模型,另一种是生成二维线弹簧模型。文中给出了数值算例，将有限元结果和Newman公式对比,并在三维有限元结果的基础上对Newman公式进行修正。然后，用本文方法对表面裂纹的扩展进行研究，相比试验结果，发现线弹簧模型比三维有限元模型更偏于安全。