复杂应力状态下高温低周疲劳短裂纹萌生及扩展规律研究

摘要

本文以复杂应力状态下高温低周疲劳表面短裂纹为研究对象，将实验技术和计算机模拟相结合，对16MnR材料进行多种条件下的高温疲劳表面短裂纹实验，采用中断实验和复膜技术相结合的方法观测分析有效短裂纹的扩展、合体和干涉行为，并对裂纹平均长度、裂纹分布角度进行统计分析。应用基于MonteCarlo方法编制的高温低周疲劳表面短裂纹演化过程模拟程序，对16MnR材料高温疲劳表面短裂纹演化过程进行模拟，将模拟结果与实验结果进行比较分析，对模拟裂纹的长度等进行统计分析，并追踪主、次疲劳裂纹的扩展路径，对其进行短裂纹扩展速率的分析。实验观测和模拟分析结果表明：在寿命前期疲劳损伤以裂纹群体萌生为主要形式，疲劳损伤可近似认为是均匀的，高温疲劳损伤起因于沿晶短裂纹是晶界孔洞的集结、成长和三重点开裂作用的结果；短裂纹多在接近与应力轴垂直的方向上随机萌生和扩展，裂纹分布具有较强的角度依存性；寿命后期疲劳损伤以裂纹扩展和合体为主要损伤形式，裂纹的扩展过程是多裂纹系统的演化过程，其中包含裂纹长度的演化、裂纹数量的演化及多裂纹间的相互作用等；裂纹的萌生和扩展情况受载荷大小和试样缺口形状的影响，主、次疲劳裂纹的扩展速率呈现出较大的分散性。

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文摘

英文文摘

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1 绪论

1.1疲劳短裂纹研究的意义

1.2疲劳裂纹模型综述

1.1.1疲劳裂纹行为特征的描述

1.1.2疲劳短裂纹的评定方法

1.1.3疲劳短裂纹群体行为

1.3本文主要工作

2 高温低周疲劳表面短裂纹实验研究

2.1绪言

2.2表面疲劳短裂纹实验介绍

2.2.1实验材料和实验设备

2.2.2实验条件

2.2.3实验方法和实验数据采集

2.3实验结果与分析

2.3.1疲劳短裂纹的萌生

2.3.2疲劳短裂纹的扩展

2.3.3疲劳短裂纹统计分析

3 基于Monte Carlo法的细观多裂纹演化仿真

3.1绪言

3.2基于Monte Carlo法的仿真模拟

3.2.1材料细观组织结构仿真

3.2.2仿真模型的基本假设

3.2.3短裂纹群体演化行为模拟

3.3模拟结果分析

4 短裂纹群体行为的分形描述

4.1绪言

4.2分形基本知识

4.3分形理论在材料疲劳、断裂研究中的应用

4.4疲劳短裂纹群体的分形维数

4.5多裂纹的分形图像分析

4.5.1位图图像基本知识

4.5.2实验照片处理方法

4.5.3图像分形维数的像素点覆盖法

4.6短裂纹群体行为的分形分析

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢