《焊接結構本徵疲勞裂紋擴展速率研究》是依託北京航空航天大學，由鮑蕊擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：焊接結構本徵疲勞裂紋擴展速率研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：鮑蕊
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
先進焊接工藝在飛機中的套用是實現結構減重和低成本的重要途徑之一，這對焊接結構完整性評價提出了更高的要求，給損傷容限設計評定提出了新挑戰。由於焊接殘餘應力（RS）和微觀結構改變對裂紋擴展的影響相耦合，RS與結構構型和尺寸相關，現有利用母材裂紋擴展速率疊加RS影響的評定方法在精度和適用性上都受到限制。本研究創造性地提出了本徵裂紋擴展速率（Intrinsic crack growth rate，ICGR）的概念，分離RS與微觀結構改變對裂紋擴展的影響，提取出僅反映微觀結構改變的本徵參量，建立基於ICGR的焊接結構裂紋擴展分析方法；在此基礎上，研究RS分布與結構構型及尺寸的關係，給出焊接整體結構的裂紋擴展評定方法。與現有方法相比，由於ICGR考慮了微觀結構改變的影響，將顯著提高預測精度；ICGR與結構構型和尺寸無關，將顯著提高方法的適用性。本研究成果將為焊接在飛機結構中的套用奠定分析評定技術基礎。
結題摘要
採用先進的焊接工藝製造大型金屬整體結構是近年來大型飛機結構減重設計和節約成本的重要途徑。損傷容限設計理念是保證結構安全性的重要途徑，裂紋擴展分析又是損傷容限評定的內容之一。焊接結構的裂紋擴展分析的困難在於殘餘應力和微觀組織改變對焊接結構疲勞裂紋擴展速率的影響是耦合在一起的，殘餘應力分布受幾何構型影響，使得傳統的用實驗室標準試件測量的裂紋擴展速率來分析焊接結構件的裂紋擴展壽命的思路面臨挑戰。 針對上述問題，本項目提出了焊接本徵裂紋擴展速率的概念。在符合工程實踐假定的條件下，（1）分離殘餘應力和微觀組織對裂紋擴展的影響，建立焊接結構本徵裂紋擴展速率提取方法；（2）準確評估焊接件的殘餘應力分布並分析其對裂尖場參量的影響；（3）研究微觀結構對裂紋擴展行為及裂紋尖端場參量的影響。 在研究過程中，重點對分離殘餘應力和微觀組織對裂紋擴展影響、評價焊接整體結構殘餘應力分布描述方法等方面取得突破：（1）提出了一種數字圖像相關技術輔助下的逐步切割、多步反推的焊接件殘餘應力測量方法；（2）在殘餘應力得以準確評估的基礎上，提出了以試驗手段提取焊接件本徵裂紋擴展速率的方法——恆有效應力強度因子變程和有效應力比方法，採用該方法對攪拌摩擦焊接件焊縫及附近不同區域的本徵疲勞裂紋擴展速率進行了研究；（3）研究了該系列鋁合金晶粒分布對疲勞裂紋擴展速率的影響，進而分析焊接微觀結構改變對裂紋擴展速率的影響規律。隨著近年來對新型金屬整體結構研究關注點的變化，本項目對焊接微觀結構改變對裂紋擴展影響的研究部分，增加了材料組織對裂紋擴展行為和裂尖場變化的影響的研究，調整了部分原申請書研究內容。 本項目的研究成果將為焊接結構的損傷容限分析提供技術支撐，從而為先進連線技術在大型飛機結構中的套用奠定分析評定基礎。
