【摘 要】
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铝合金因比强度高、耐腐蚀性好等优点,广泛应用于航空航天等领域。然而铝合金结构在实际的服役过程中往往受到交变载荷的影响,导致发生疲劳失效。通过预置应力引入残余压应力的方法应用于多数的结构服役中,但由于复杂的受力情况以及环境,残余应力与多种因素耦合作用对疲劳性能的影响尚未达成共识。本文以5052-H32铝合金为研究对象,采用紧凑拉伸试样,通过引入残余应力的方法来达到延寿的效果,并研究了残余应力与应力强
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铝合金因比强度高、耐腐蚀性好等优点,广泛应用于航空航天等领域。然而铝合金结构在实际的服役过程中往往受到交变载荷的影响,导致发生疲劳失效。通过预置应力引入残余压应力的方法应用于多数的结构服役中,但由于复杂的受力情况以及环境,残余应力与多种因素耦合作用对疲劳性能的影响尚未达成共识。本文以5052-H32铝合金为研究对象,采用紧凑拉伸试样,通过引入残余应力的方法来达到延寿的效果,并研究了残余应力与应力强度的耦合作用对缺口试样疲劳裂纹扩展行为的影响及规律机理。主要研究内容如下:（1）对铝合金板进行预置应力处理而引入不同的残余应力场,将预置应力板制作成紧凑拉伸试样来进行疲劳试验及硬度试验。通过对几组试样的试验结果进行分析,探究了不同预置应力水平对疲劳裂纹扩展行为以及硬度分布的影响规律。经分析发现,预置应力对疲劳裂纹扩展行为有很大的影响,但对硬度分布的影响不大。（2）基于最优的预置应力水平上,研究了不同的应力比（R=0.1、0.3、0.5、0.7）下,残余应力对疲劳裂纹扩展行为的影响规律。在相同的应力比下,研究了残余应力在不同疲劳载荷下对疲劳裂纹扩展行为的影响规律。经分析发现,残余应力对疲劳裂纹扩展行为的影响具有应力强度依赖性。结合试验结果提出了一种考虑残余应力影响的疲劳裂纹扩展速率模型,该模型将残余应力与C、m联系起来,为预测残余应力影响下的疲劳裂纹扩展速率提供一种新思路。（3）基于相同的预置应力水平上,研究了残余应力与缺口形状对疲劳裂纹扩展行为的影响规律,经分析发现,残余应力对疲劳裂纹扩展行为的影响具有缺口依赖性,且主要集中在裂纹扩展的初始阶段。通过Abaqus有限元分析模拟了不同缺口裂纹尖端的应力场分布以及不同裂纹位置上的应力强度因子范围,探究了残余应力在不同缺口效应下影响疲劳裂纹扩展行为的规律机理。
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