14MnNbq钢和焊接件的疲劳裂纹扩展研究

最新的整理的关于钢和焊接件的疲劳裂纹扩展方面的研究资料。

华中科技大学硕士学位论文

14MnNbq钢和焊接件的疲劳裂纹扩展研究

姓名：祝时召申请学位级别：硕士专业：工程力学指导教师：李国清

20060429

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摘 要

“疲劳”是引起工程结构和构件失效的最主要原因。钢结构桥梁在使用过程中会产生疲劳裂纹，这是无法避免的。根据统计数据，桥梁焊接结构中90％的失效为疲劳失效。因此，研究焊接结构的疲劳裂纹扩展至关重要。

本文的目的是研究天兴洲大桥用钢14MnNbq钢和焊接件的疲劳裂纹扩展规律。首先本文介绍了研究所采用的试验条件和试验方法：试验按相关国家标准进行，试样采用中心裂纹试样，焊接件的焊接工艺按天兴洲大桥的焊接工艺制作。然后，本文给出了由试验获得的三种不同应力比条件下14MnNbq钢和焊接件的疲劳裂纹扩展数据及Paris公式拟合结果。结果表明：在双对数坐标下，疲劳裂纹扩展速率与应力强度因子幅度之间呈现良好的线性关系；14MnNbq焊接件热影响区是疲劳裂纹扩展的薄弱区域，对比14MnNbq钢母材和焊肉，在疲劳裂纹开裂和稳定扩展的初期阶段，焊接热影响区的疲劳裂纹扩展速率较高。同时，本文还给出了试验测得的14MnNbq钢的断裂韧性结果。

最后，本文介绍了对14MnNbq钢母材和焊接件的全范围疲劳裂纹扩展性能的研究，采用四参数Forman公式拟合全范围试验数据，给出了14MnNbq钢母材和焊接件的全范围疲劳裂纹扩展表达式。研究中发现：在不同应力比以及疲劳裂纹扩展的各个阶段，疲劳试验数据与理论公式预测之间都吻合得很好，可以用四参数的Forman公式有效地表征14MnNbq钢母材和焊接件的全范围疲劳裂纹扩展性能，所有的试验结论和理论预测符合疲劳裂纹扩展的一般规律。

关键词：14MnNbq钢，焊接接头，疲劳裂纹扩展，门槛值，断裂韧性

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Abstract

Fatigue is the main reason to failures of engineering structures and components. It is unavoidable that fatigue cracks initialize when steel bridges are constructed and fatigue cracks grow when the bridge is working. According to the statistic data, 90 percent of failures occurred in steel welded bridges result from fatigue. Therefore, it is very important for welded structures to study the mechanical properties concerned with fatigue crack growth in the steels and welds.

The purpose of this thesis is to study the fatigue crack growth of 14MnNbq steel and welds, which are used in Tian Xing Zhou Bridge. Firstly, we introduced the experiments conditions and methods in our research: the experiments proceeded according to related national standards; specimen use center crack tension specimen, The welds welding procedure refer to Tian Xing Zhou bridge design technology.

Afterwards, this thesis displayed 14MnNbq steel and welds fatigue crack growth data, which were obtained by experiments that under 3 different stress ratio conditions, the results of Paris formula fitting were also given. The results indicate that fatigue crack growth rate data and stress intensity factor range present high linear relationship under log-log plot. It is found that14MnNbq welds HAZ(heat affected zone) is the weak area. Comparing with base metal, welded seam and HAZ, the fatigue crack growth rate in HAZ is higher during crack initiation and stabilizes growth stage. Meanwhile, 14MnNbq fracture toughness result was also given by experiments.

Finally, we introduced the research on full-range fatigue crack performance of 14MnNbq steel and welds. A four-parameter Forman formula fitted full-rang experiment data is used, and full-range fatigue crack growth expression of 14MnNbq steel and welds is presented. It is found that fatigue test data and theoretical predictions agree well with each other under different stress ratio and in three stages of fatigue crack growth. Therefore, the four-parameter Forman formula can be used to represent full-range fatigue crack performance of 14MnNbq steel and welds effectively. All the experiment results and theory forecast meet fatigue crack growth general rule.

Keywords: 14MnNbq steel, welded joint, fatigue crack growth, threshold value,

fracture toughness

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独创性声明

本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

学位论文作者签名：祝时召

日期：2006 年 4 月 29 日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

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本论文属于

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学位论文作者签名：祝时召 日期：2006 年 4 月 29 日

指导教师签名：李国清

日期：2006 年 4 月 29 日

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1 绪 论

1.1 课题来源

本课题来源于天兴洲桥科研课题——焊接结构疲劳裂纹扩展速率及其应用，主要是天兴洲桥梁用钢14MnNbq的基本疲劳裂纹扩展规律的实验研究，属于天兴洲大桥项目的第一个部分。

1.2 研究目的和意义

“疲劳”是引起工程结构和构件失效的最主要原因。焊接钢结构在连续反复荷载作用下，虽然应力低于极限强度，甚至还低于屈服强度，还是可能发生破坏，这种现象称为钢材的疲劳现象或疲劳破坏。一般说来，金属结构的疲劳破坏可以分为疲劳裂纹萌生、疲劳裂纹扩展和失稳断裂三个阶段。钢结构桥梁在使用过程中会产生疲劳裂纹，这是无法避免的。桥梁焊接结构90％的失效为疲劳失效。由于在结构的构造细节处具有应力集中、焊接缺陷和拉伸残余应力，使其疲劳强度比母体金属降低，因此，结构的疲劳失效多在不良构造细节处产生。桥梁的使用寿命基本上由疲劳裂纹扩展所控制[1]。研究焊接结构疲劳裂纹扩展至关重要。

天兴洲桥科研课题正是研究的焊接结构疲劳裂纹的问题，共包括四方面的内容，本课题是其中之一，研究天兴洲桥梁用钢14MnNbq的 …… 此处隐藏：13321字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……