複雜三維殘餘應力場中裂紋擴展規律及抑制方法研究

《複雜三維殘餘應力場中裂紋擴展規律及抑制方法研究》是依託大連理工大學,由蔣瑋擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：複雜三維殘餘應力場中裂紋擴展規律及抑制方法研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：蔣瑋

項目摘要

焊接過程不可避免地在焊縫和熱影響區產生複雜的三維殘餘應力場和微觀缺陷。工作在複雜載荷和服役環境中的焊接件，在工作載荷和殘餘應力的聯合作用下，其中的微觀缺陷就會萌發和擴展為裂紋，甚至導致突發性災難性事故。因而亟待研究複雜殘餘應力場中裂紋的擴展規律，探索抑制裂紋擴展的殘餘應力分布及其實現方法。.本項目以傳熱學、計算力學、焊接工藝學、斷裂力學等多學科理論為基礎，以有限元方法為工具，結合實驗技術，建立預測裂紋擴展行為和殘餘應力演化行為的分析模型，研究裂紋在三維殘餘應力場中的擴展規律，揭示殘餘應力與裂紋擴展的耦合效應，闡明殘餘應力對斷裂失效的影響機制，建立工藝參數、殘餘應力、裂紋擴展的關係規律，獲得有效控制殘餘應力及裂紋擴展的方法和技術，為核電、能源等領域關鍵裝備焊接件的安全設計、長壽命製造、以及現有壽命預測理論的完善提供有力的理論基礎和實踐依據，並將產生巨大的經濟效益和社會效益。

結題摘要

本項目針對焊接過程不可避免地在焊縫和熱影響區產生的複雜三維殘餘應力場對裂紋缺陷斷裂行為的影響開展了理論和實驗兩方面的研究。主要研究內容包括：（1）建立了標準緊湊拉伸試樣的三維斷裂力學擴展有限元模型，預測了應力強度因子k和J積分，以及裂紋尖端附近的應力應變場；搭建了數字圖像相關應變測試系統，對模型進行了理論和實驗驗證；（2）解決了焊接力學模型與斷裂力學模型耦合這一關鍵問題，建立了預測殘餘應力場中裂紋擴展行為的分析模型，研究了裂紋在三維殘餘應力場中的擴展規律；並對模型進行了實驗驗證；（3）在此基礎上研究了殘餘應力場與裂紋擴展的耦合效應，研究發現殘餘應力場與裂紋擴展的耦合效應取決於殘餘應力和工作應力的相對大小，而且殘餘壓應力有助於抑制裂紋擴展；（4）根據上述發現提出了抑制裂紋擴展的方法與技術。研究結果有助於深入理解殘餘應力對斷裂失效的影響機制，並對焊接件的安全設計、長壽命製造具有重要價值。