孔洞對疲勞裂紋擴展路徑的影響

摘 要：為了研究孔洞位置和尺寸對疲勞裂紋擴展路徑的影響，利用ＡＢＡＱＵＳ有限元仿真軟件建立改進ＣＴ試樣的裂紋擴展仿真模型，采用擴展有限元法研究了在低周疲勞加載條件下Ｑ２３５鋼圓孔與裂紋尖端的角度、距離以及圓孔半徑對裂紋擴展路徑的影響，并通過引入裂紋偏轉系數來定量描述不同參數對裂紋擴展路徑偏轉程度的影響。結果表明：當圓孔與裂紋尖端的夾角為４５°時，裂紋偏轉系數取得最大值；裂紋偏轉系數隨著孔洞半徑的增加逐漸增大，隨著圓孔與裂紋尖端距離的增大逐漸減小。

關 鍵 詞：孔洞；裂紋擴展；低周疲勞；裂紋偏轉行為；擴展有限元法；裂紋尖端應力場；仿真模擬；裂紋偏轉系數

中圖分類號：ＴＧ４０７ 文獻標志碼：Ａ 文章編號：１０００－１６４６（２０２４）０２－０１７７－０７

由于生產工藝的約束和限制，工程結構在制造過程中不可避免地會出現各種圓孔或夾雜等材料缺陷。這些材料缺陷會對裂紋尖端附近的應力場造成影響，從而使結構件裂紋擴展路徑發生偏轉，在張開型裂紋加載條件下裂紋在材料缺陷的干涉作用下，并不會垂直于加載方向進行擴展，而是表現出復合型裂紋擴展特征，同時材料缺陷還會對構件的疲勞壽命造成影響。因此，準確地分析材料缺陷對裂紋擴展行為的影響，對機械構件的安全性研究具有重大意義。