低温下结构钢疲劳裂纹扩展规律分析

摘要

钢的脆性断裂常常是在气温较低情况下发生的。脆性断裂前无任何的征兆，开裂时则以很快的速度进行，因而破坏往往是灾难性的。三十年代以来，一系列由低温引起的脆断事件特别是桥梁船舶的破坏，引起了人们极大的注意。因此，越来越多的人深入到对钢材低温破坏的研究中。
　　本文以运用疲劳与断裂的相关理论知识，推导了裂纹尖端的张开位移公式和裂纹扩展速率公式，分析了温度的影响；利用HYPERMESH与 ABAQUS等有限元分析软件对三点弯曲试样进行建模分析，得到了裂纹尖端张开位移随温度的变化规律。主要研究工作和成果如下：
　　（1）基于 B-D模型推导出的温度对裂纹尖端张开位移影响的普遍适用式，推导出低温对裂纹扩展速率(da dN)影响的理论公式，并为后续内容做铺垫。
　　（2）在HYPERMESH软件中建立三点弯曲试样模型，并在ABAQUS软件中对三点弯曲试样进行建模及加载求解。最终得到低温下，随着温度变化裂纹尖端张开位移的变化规律。将其与理论公式进行对比。
　　（3）在温度对疲劳裂纹扩展速率影响的理论推导基础上，对疲劳裂纹扩展速率公式中材料参数 m进行固定作为预测模型，分析预测模型与试验模型的拟合度。并分析低温对疲劳裂纹扩展速率的影响。最后从金相组织角度总结了对低温疲劳裂纹扩展速率的影响因素。

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附表索引

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 疲劳裂纹研究内容及历史发展过程

1.3 低温对钢力学性能的影响研究现状综述

1.4 有限元程序与相关软件开发应用现状

1.5 课题研究目标及研究内容

第2章 疲劳裂纹扩展基础

2.1 引言

2.2 疲劳破坏机理

2.3 裂纹的形式及分类

2.4疲劳裂纹扩展

2.5 本章小结

第3章 温度对CTOD影响的理论基础

3.1 引言

3.2 基于含中心裂纹受拉平板的理论基础

3.3 基于D-B模型低温对CTOD影响的公式推导

3.4 低温对da/dN影响的公式推导

3.5 本章小结

第4章 温度对裂纹尖端张开位移的影响

4.1 引言

4.2 三点弯曲试样模型数值计算法分析

4.3在 HYPERMESH中建立模型

4.4 ABAQUS中模型的分析

4.5 结果与分析

4.6本章小结

第5章 低温对da d N的影响及微观分析

5.1 引言

5.2 裂纹扩展速率理论基础

5.3 温度对材料参数及裂纹扩展速率的影响

5.4 不同温度下裂纹扩展速率推导

5.5 金相组织对钢材低温性能影响

5.6 本章小结

结论与展望

工作总结

课题展望

参考文献

致谢

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