疲劳裂纹扩展过载效应的实验-数值杂交分析与理论研究

以承受变幅循环加载的疲劳裂纹扩展试样为研究对象，采用实验-数值杂交分析与理论研究相结合的策略，研究拉伸过载效应的内在机理，建立实验-数值-理论三位一体的分析框架。研究双摄像机标定、数字图像相关匹配和三维位移场提取所涉及的算法，建立疲劳裂纹扩展试样表面形貌与变形演化的三维数字图像相关（DIC）全场测量系统；以表面测量位移作为有限元分析子模型的边界条件，结合准确的A-F类循环塑性本构模型，计算裂尖区域的三维残余应力、应变场，将其与实验数据比对、分析从而优选出最佳的单元类型和网格尺寸，最终建立实验-数值杂交分析方法；基于三维弹塑性应力、应变场的实验-数值杂交分析结果，结合宏微观实验现象和测试数据，阐明拉伸过载作用机理，建立准确预测拉伸过载引起的疲劳裂纹瞬时加速－延迟迟滞－迟滞－稳态扩展四阶段的统一理论模型。本项目的研究成果，可为工程构件的疲劳设计和剩余寿命评估提供理论基础和数值分析手段。

以承受变幅循环加载的2024-T4铝合金和Q345R钢的紧凑拉伸试样为研究对象，采用实验-数值杂交分析与理论研究相结合的策略，研究了疲劳裂纹在不同加载条件下的扩展行为，分析了拉伸过载引起疲劳裂纹扩展迟滞的内在机理，建立了实验-数值-理论三位一体的分析框架。研究了双摄像机标定、数字图像相关匹配和三维位移场提取所涉及的算法，建立了疲劳裂纹扩展试样表面形貌与变形演化的三维数字图像相关（DIC）全场测量系统；以表面测量位移作为有限元分析子模型的边界条件，结合准确的A-F类循环塑性本构模型，计算裂尖区域的三维残余应力、应变场，将其与实验数据比对、分析从而优选出了最佳的单元类型和网格尺寸，最终建立了实验-数值杂交分析方法；基于三维弹塑性应力、应变场的实验-数值杂交分析结果，结合宏微观实验现象和测试数据，阐明了拉伸过载作用机理，建立了准确预测拉伸过载引起的疲劳裂纹瞬时加速－延迟迟滞－迟滞－稳态扩展四阶段的统一理论模型。本项目的研究成果，可为工程构件的疲劳设计和剩余寿命评估提供理论基础和数值分析手段。