Ⅰ+Ⅱ复合型裂纹在16MnDR制压力容器壳体中的研究
因裂纹扩展而造成构件断裂的情况是工程材料的主要失效形式，常见的裂纹破坏主要表现为构件受到外力作用时裂纹的扩展。裂纹分为三种基本形式:Ⅰ型张开型，Ⅱ型滑开型和Ⅲ型撕开型，而工程中的裂纹大多是由以上三种基本形式组合成的复合型裂纹，因此复合型裂纹问题的研究受到了广泛的关注。本论文实验研究了16MnDR材料试件中Ⅰ+Ⅱ复合型裂纹的扩展，并以此为基础模拟了Ⅰ+Ⅱ复合型裂纹在薄壁压力容器中的扩展路径。
首先，设计出中心含有斜裂纹的实验试件，并进行了Ⅰ+Ⅱ复合型裂纹的疲劳扩展实验，研究了裂纹的扩展速率并观测了裂纹的扩展路径，特别关注了裂纹的转型扩展情形;采用有限元分析软件ANSYS计算出裂纹尖端的应力强度因子并模拟了裂纹的扩展路径。结果表明，无论初始倾斜角是多大，Ⅰ+Ⅱ复合型裂纹均会发生转型扩展且新生裂纹的扩展方向垂直于载荷方向，即转型后的裂纹为Ⅰ型裂纹。
其次，对实验试样进行了金相分析和断口分析，结果发现裂纹的扩展是穿晶扩展且其扩展路径没有明显的分支，但在裂纹尖端区域材料有一定的损伤;在裂纹扩展区有明显的疲劳辉纹，而断裂区的微观形貌主要为韧窝花样。这些均表明，在16MnDR材料的试件中Ⅰ+Ⅱ复合型裂纹向Ⅰ型裂纹转型扩展，并表明该材料具有很好的韧性。
最后，基于实验得到的裂纹扩展判据和扩展速率，模拟了双向应力作用下Ⅰ+Ⅱ复合型裂纹的扩展路径，由此分析了Ⅰ+Ⅱ复合型裂纹在压力容器壳体中的扩展，研究了影响裂纹扩展速率和扩展路径的压力容器结构因素，得到了裂纹尖端位置与载荷循环次数之间的关系，从而有助于采取措施防止裂纹扩展。
裂纹扩展;数值模拟;断口分析;路径预测;压力容器
北京化工大学
硕士
化工过程机械
李慧芳
2013
中文
TQ051.3
84
2013-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）