I-II复合型CTS试样疲劳裂纹扩展研究文献综述

 2021-11-01 22:22:04

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文 献 综 述 1.1 课题背景及研究意义 钛具有密度小、比强度大、耐腐蚀性能好等优良特点,常用于航空航天、冶金、化工、 海洋、医疗等领域。

目前国内外对钛材性能的研究集中于运用到航天工业的钛合金上,虽 然钛材在工业上的应用不断增加,但对工业纯钛的研究还较少[1,2]。

在化工石化行业中, 用钛作为容器的材料,不仅极大地减轻了设备自身的重量,还减少了开车停车的次数,降 低了生产成本,故钛在化工设备中应用较为广泛[3]。

随着设计参数的不断提高,对钛制 设备的要求也不断提高,在使用过程中钛制设备会出现损伤、失效,由此引发的安全问题 也引起了重视。

工业纯钛与其他金属材料一样,在周期载荷作用下会在缺陷处或应力集中 的部位会产生疲劳裂纹,而裂纹扩展引起的断裂常常是设备失效的一个重要原因[4]。

在 实际工程中,疲劳裂纹扩展通常不是Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型裂纹单一模式扩展,而是呈混合型 出现裂纹扩展[5,6]。

目前国内外对单一裂纹扩展已有比较成熟的研究,而对实际工程中常 见的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的研究还没有成熟的理论,因此对复合型疲劳裂纹扩展进行研究是 很有必要的。

本课题以工业纯钛为研究对象,通过试验和有限元相结合的方法对工业纯钛 I-II 复合 型疲劳裂纹扩展行为及其压载荷效应进行研究,从而提高钛制承压设备在应用过程中的安 全可靠性。

1.2 疲劳裂纹扩展机理 疲劳裂纹是金属结构中常见的损伤形式,大多数构件的破坏都是由疲劳断裂造成的, 而构件的疲劳破坏通常是局部区域内疲劳裂纹的萌生、到稳定扩展、最后断裂引起失稳 [7]。

根据 Paris 和 Erdogan[8]的疲劳扩展速率曲线图(如图 1 所示),疲劳裂纹扩展可分为 三个区域。

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