強拘束效應下三維彈塑性疲勞裂紋擴展內聚區模型研究

《強拘束效應下三維彈塑性疲勞裂紋擴展內聚區模型研究》是依託清華大學，由袁荒擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：強拘束效應下三維彈塑性疲勞裂紋擴展內聚區模型研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：袁荒
• 項目類別：面上項目

項目摘要

損傷容限設計已成為航空發動機高性能零件的必要設計內容，使疲勞裂紋評估成為這些產品研發的關鍵技術。然而對於低循環疲勞壽命問題，由於Paris理論的失效，導致目前缺乏有效的彈塑性疲勞裂紋計算模型和評估方法，使內聚區模型成為近年國際上斷裂損傷力學研究的熱點。本項目根據航空發動機鎳基高溫合金零件設計需要，從單調載荷裂紋擴展和疲勞裂紋擴展兩個方面研究強拘束效應下三維裂紋內聚區模型，以建立統一的內聚區理論和計算方法。首先用原位拉伸儀測試平板缺口試件變形和損傷來模擬內聚區的力學行為，量化應力三軸度和材料失效關聯；然後用裂紋試件驗證與修正模型，建立拘束效應、內聚區方程和疲勞裂紋擴展的映射聯繫；再通過系統的材料和裂紋試驗，獲取內聚區模型和損傷演化方程所需的疲勞數據，充分利用損傷力學和有限元計算，在內聚區模型中引入應力三軸度以表征拘束效應對裂紋擴展的影響，建立三維疲勞內聚區模型，完善損傷容限設計理論。

結題摘要

損傷容限設計已成為航空發動機高性能零件的必要設計內容，使疲勞裂紋評估成為這些產品研發的關鍵技術。然而對於低循環疲勞壽命問題，由於Paris理論的失效，導致目前缺乏有效的彈塑性疲勞裂紋計算模型和評估方法，使內聚區模型成為近年國際上斷裂損傷力學研究的熱點。本項目根據航空發動機鎳基高溫合金零件設計需要，從單調載荷裂紋擴展和疲勞裂紋擴展兩個方面研究強拘束效應下三維裂紋內聚區模型，以建立統一的內聚區理論和計算方法。首先用原位拉伸儀測試平板缺口試件變形和損傷來模擬內聚區的力學行為，量化應力三軸度和材料失效關聯；然後用裂紋試件驗證與修正模型，建立拘束效應、內聚區方程和疲勞裂紋擴展的映射聯繫；再通過系統的材料和裂紋試驗，獲取內聚區模型和損傷演化方程所需的疲勞數據，充分利用損傷力學和有限元計算，在內聚區模型中引入應力三軸度以表征拘束效應對裂紋擴展的影響，建立三維疲勞內聚區模型，完善損傷容限設計理論。