单侧增强含裂板的三维应力分析和疲劳裂纹扩展寿命预测

摘要

本文通过基于ABAQUS的单侧增强结构线弹性三维有限元模型系统地研究了增强材料（增强材料的弹性模量、增强厚度以及增强材料的胶接位置）对壁板（2024-T3型铝合金）内穿透直裂纹的应力强度因子的影响。并对单侧增强结构的疲劳裂纹扩展速度和寿命进行了分析预测。模型中，增强材料和铝合金壁板间通过胶层胶接起来，并假设增强材料不会断裂以及脱胶的现象。主要做了以下几方面的工作：
　　1、研究了增强材料的弹性模量、增强厚度以及增强材料的胶接位置对壁板内裂纹应力强度因子的影响。通过三维有限元计算，得到了在这三个增强材料参数的作用下，裂纹应力强度因子在不同裂纹长度的情况下沿厚度方向上的分布图，最大裂纹应力强度因子随裂纹长度变化的关系曲线和将应力强度因子曲线无量纲化后的修正应力强度因子系数曲线，并对裂纹应力强度因子曲线进行拟合，得到了该模型的应力强度因子公式和应力强度因子修正系数的公式。
　　2、在考虑了裂纹的闭合效应的情况下，研究了单侧增强结构在应力比为0.5和0.06这两种情况下的疲劳裂纹扩展速度及寿命，分析了增强厚度和增强材料胶接的位置对疲劳裂纹扩展速度和寿命的影响。

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图表清单

注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 研究历史及现状

1.3 本文的主要研究工作

第二章 理论基础

2.1 引言

2.2 应力强度因子的计算方法

2.3 疲劳裂纹扩展寿命预测模型

2.4 本文采用的方法

2.5 中心裂纹试样

2.6 本章小结

第三章 应力强度因子分析

3.1 引言

3.2 模型描述

3.3 模型验证

3.4 计算结果与讨论

3.5 本章小结

第四章 疲劳裂纹扩展与寿命分析

4.1 引言

4.2 疲劳裂纹扩展寿命计算

4.3 单侧增强结构的疲劳裂纹扩展分析

4.4 本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 进一步研究工作的展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

附录 应力强度因子公式拟合