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    高低溫濕熱試驗箱材料焊縫研究

    更新時間: 2020-05-11 點擊次數(shù): 1841次

                                                     高低溫濕熱試驗箱材料焊縫研究
     疲勞裂紋擴展實驗是研究裂紋擴展規(guī)律以及獲取材料疲勞擴展參數(shù)和斷裂參量的重要途徑。長期以來,許多學者通過疲勞裂紋擴展實驗對港口起重機常用鋼材Q235和Q345B的疲勞擴展特性進行了深入研究,這些研究一般均是針對Q235和Q345B母材的疲勞裂紋擴展特性進行探討,當裂紋出現(xiàn)在焊縫處或近焊縫區(qū)域時,傳統(tǒng)上也以母材的疲勞特性參數(shù)對裂紋的安全性和疲勞壽命進行評估。然而,由于焊條和母材的熔融,焊縫區(qū)域的材質已經(jīng)與單獨的母材有所區(qū)別,僅僅用母材的疲勞擴展參量代替焊縫區(qū)域的疲勞特性是不夠準確的,因此,有必要對焊縫區(qū)域裂紋的疲勞擴展規(guī)律開展實驗研究,以獲得更為準確的疲勞擴展參量。
    從圖上可以看出,疲勞裂紋擴展可分為以下三個階段:區(qū)域Ⅰ:裂紋萌生階段;區(qū)域Ⅱ:裂紋穩(wěn)態(tài)擴展階段;區(qū)域Ⅲ:裂紋失穩(wěn)擴展階段。
    斷裂力學中用經(jīng)驗公式對裂紋擴展特性進行描述,常用的疲勞裂紋擴展速率公式有Paris冪函數(shù)式、Forman公式、Walker公式等,其中Paris冪函數(shù)式表達式如下:
    由于港口起重機帶裂紋結構的疲勞壽命主要取決于其穩(wěn)態(tài)擴展壽命,因此疲勞裂紋擴展實驗重點研究裂紋穩(wěn)態(tài)擴展階段的疲勞特性。上述3個公式均可以描述第Ⅱ區(qū)域的裂紋擴展規(guī)律,但由于Forman公式和Walker公式中某些參數(shù)難以準確獲取,因此選用應用比較廣泛的Paris冪函數(shù)式進行疲勞裂紋擴展實驗的研究。
    實驗步驟
    將試件置于MTS810材料試驗機上,調整兩端支座位置,使試件處于水平狀態(tài),并保證載荷施加位置通過兩個支座中心距的中線;同時,試件長度方向應與兩個支座的連線方向平行。
    疲勞預制裂紋。取應力比R=0.1,頻率f=12HZ,對機加工后的裂紋進行銳化處理。實驗載荷采用正弦波形式的恒幅載荷,以屈服應力估算試件加載處的許用載荷[P],初始的預加載荷峰值可選取(1/4~1/3)[P]。疲勞預制裂紋過程中,可逐級下降實驗載荷峰值,每一級下降不超過20%,待觀測到裂紋可以穩(wěn)定擴展之后,停止下降載荷。一段時間后,若觀察到裂紋已經(jīng)向前擴展,且出現(xiàn)尖角時,停止疲勞預制裂紋,測量此時的裂紋長度a0,并將其作為裂紋擴展的初始長度。
    在計算機上設置控制參數(shù),開始疲勞擴展實驗。保持應力比R和頻率f不變,以疲勞預制裂紋后一級的恒幅載荷作為疲勞裂紋擴展的實驗載荷,開始加載實驗。
    測量裂紋擴展長度a及對應的應力循環(huán)次數(shù)N0。在裂紋位置滴加墨水,實驗過程中當觀察到墨水印痕有明顯延伸現(xiàn)象時,表明裂紋已出現(xiàn)擴展,此時測量并記錄a和N0值。由于裂紋前緣深度(沿下翼板厚度方向)較小,可認為裂紋前緣各點沿深度方向的坐標是一致的,為測量方便,以表面裂紋的擴展長度作為所測實驗數(shù)據(jù)。
    重復上述步驟,記錄多組裂紋擴展長度和應力循環(huán)次數(shù)。
    當裂紋快到達下翼板邊緣或試件出現(xiàn)疲勞破壞時,結束實驗。
    實驗現(xiàn)象及數(shù)據(jù)處理
    在實驗過程中,裂紋位置位于角焊縫處的兩個試件均未發(fā)現(xiàn)有明顯的裂紋擴展現(xiàn)象,由此說明承受拉彎作用的箱型結構角焊縫處的裂紋是偏安全的。
    同時,實驗觀察到在對接焊縫處預制裂紋的試件會發(fā)生逐步擴展,且裂紋擴展方向沿著焊縫方向,形成比較明顯的I型裂紋。
    本次分別對兩個含有對接焊縫裂紋的試件(1#和2#)進行了疲勞擴展實驗。
     

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