EH36钢变幅疲劳载荷下裂纹扩展行为和机理研究

摘要

针对海洋平台服役过程中时常遭遇到随机海况和复杂载荷作用的情况，设计对海洋平台用钢EH36钢进行变幅疲劳载荷下疲劳裂纹扩展行为试验，研究了变幅疲劳载荷作用下EH36钢疲劳裂纹扩展行为和机理．采用柔度法测量变幅疲劳载荷作用下的裂纹扩展速率，并用数字图像相关(DIC)分析了变幅疲劳载荷施加前后裂纹尖端塑性区尺寸变化．采用SEM分析了不同形式变幅载荷作用区域的断口形貌特征，用裂纹尖端塑性区尺寸变化和对应断口形貌特征解释了变幅疲劳载荷作用下的裂纹扩展行为和内在机理．结果表明：单次拉伸过载能降低疲劳裂纹扩展速率，延长疲劳寿命；单次压缩过载能短暂加速疲劳裂纹扩展速率，对疲劳寿命影响不大；不同顺序拉伸和压缩过载与单次拉伸过载现象保持一致，均能降低疲劳裂纹扩展速率，延长疲劳寿命，但拉压过载的先后施加顺序会显著影响疲劳裂纹扩展的迟滞效应．分析结果表明：拉伸过载过程增大裂纹尖端塑性区，并钝化裂纹尖端，从而使疲劳裂纹扩展速率降低；压缩过载过程减小裂纹尖端塑性区，并使裂纹尖端尖锐，从而使疲劳裂纹扩展速率加速；不同顺序拉伸和压缩过载是两种作用效果的结合．试验结果能很好地描述变幅疲劳载荷下的裂纹扩展行为并给出内在机理解释，为海洋平台在复杂载荷环境下服役所造成的疲劳损伤提供理论依据和实用价值．

关键词

疲劳裂纹扩展速率 / 变幅疲劳载荷 / 数字图像相关 / 塑性区 / 断口分析

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52025052,52075374)