MDYB-3航空有机玻璃疲劳裂纹特性的试验研究

摘要

MDYB-3航空有机玻璃是一种已在部分国产机型上批量使用的工程材料.为了安全和经济地使用MDYB-3航空有机玻璃,有必要对此材料的疲劳和断裂特性进行系统的研究.为此,该文开展了MDYB-3有机玻璃的断裂参数、疲劳裂纹特性的试验研究和裂纹扩展机理分析.通过该文的断裂参数和疲劳裂纹特性的试验研究,并建立相应的分析模型,从而为评价有机玻璃的剩余寿命,确立座舱盖航空有机玻璃使用和维护准则提供基础.该文研究了在恒幅正弦载荷下温度、频率和应力比对疲劳裂纹扩展的影响,给出温度和频率影响的定性分析,和应力比影响的定量分析,为建立疲劳裂纹扩展模型打下了基础.该文讨论了有机玻璃疲劳裂纹扩展机理,提出,银纹的形成是裂纹形成和扩展的基础,从微观上解释了裂纹形成和扩展的原因,并结合金相分析结果,明确提出塑变诱导闭合和粗糙诱导闭合是有机玻璃疲劳裂纹面闭合的两个主要原因,成功的解析了裂纹面的闭合现象.并且对比几种典型的闭合模型推出适合MDYB-3航空有机玻璃的基于闭合机理的稳定疲劳裂纹扩展方程.该文试验分析了变幅载荷对裂纹扩展的影响,证实了有机玻璃也存在超载迟滞现象,通过金相观察分析,提出超载迟滞的过程实际上是裂纹前缘萌生新的裂纹的过程的观点,同时提出超载迟滞的合理的解析,并且给出超载迟滞比,为随机载荷下疲劳扩展模型的建立提供了一个重要的参数.论文还通过试验数据处理给出MDYB-3有机玻璃的两个重要的断裂参数:(1)应力比R=0时的疲劳裂纹扩展门槛值△K<,th><'R=O>,(2)厚度为9mm、室温下的准静态断裂韧度K<,C>,讨论提出应力比R对门槛值△K<,th>有影响,并且提出厚度、温度和加载速率是影响断裂韧度K<,C>的因素,为深入研究MDYB-3有机玻璃的断裂特性打下了基础.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1课题目的和意义

1.2国际国内研究状况

1.3本文的主要工作

1.4论文各部分的主要内容

第二章等幅循环载荷下的疲劳裂纹扩展

2.1疲劳裂纹扩展寿命的影响因素

2.2影响da/dN的主要因素

2.3常见的da/dN计算公式

2.4 MDYB-3有机玻璃基本力学性能参数

2.5疲劳裂纹扩展试验

2.5.1试件制备及分组

2.5.2试验环境

2.5.3疲劳预裂方法

2.6数据处理方法

2.6.1确定应力强度因子范围

2.6.2确定疲劳裂纹扩展速率

2.7试验结果

2.8试验结果的讨论

2.8.1试验温度的影响

2.8.2频率的影响

2.8.3应力比的影响

2.10本章小结

第三章疲劳裂纹扩展机理和扩展模型

3.1银纹

3.2有机玻璃裂纹扩展机理

3.3疲劳裂纹闭合机理

3.4 MDYB-3有机玻璃疲劳裂纹扩展模型

3.4.1 正应力比的疲劳裂纹扩展模型

3.4.2负应力比的疲劳裂纹扩展模型

3.3本章小结

第四章疲劳裂纹扩展的超载迟滞效应

4.1引言

4.2高载迟滞现象

4.3超载截止比测试原理

4.4超载迟滞效应疲劳试验

4.5超载迟滞效应疲劳测试结果

4.6超载截止比的确定

4.7超载迟滞的断口特征

4.8本章小结

第五章 门槛值的试验与分析

5.1引言

5.2试验件

5.3试验设备

5.4试验原理和过程

5.5试验数据的记录

5.6试验数据的处理

5.7试验结果

5.8疲劳裂纹扩展门槛值的统计确定

5.9门槛值讨论

5.10小结

第六章断裂韧度的试验与分析

6.1引言

6.2断裂韧度测试原理

6.2.1应力强度因子

6.2.2断裂韧度与断裂准则

6.2.3 KR曲线的概念

6.6.4用KR曲线测量断裂韧度的原理

6.3断裂韧度测试

6.3.1试验件

6.3.2试验设备

6.3.3试验过程

6.3.4记录数据及其处理

6.4断裂韧度讨论

6.5本章小结

第七章总结和展望

7.1论文总结

7.2工作展望

参考文献

致谢

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