[发明专利]含I型中心裂纹对接接头的应力强度因子的推导方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种应力强度因子的推导方法及应用，具体涉及一种含I型中心穿透裂纹带一定余高的对接接头应力强度因子的推导方法及应用，属于焊接技术领域。

背景技术

焊接作为一种连接手段广泛应用于结构设计中，一般采用等匹配原则(填充材料与母材强度相当)进行焊接填充材料的选择。由于其局部快速加热和冷却过程，使得焊缝区产生较大的残余拉应力，另外焊缝中容易产生气孔、裂纹等缺陷，部分区域晶粒粗大，这些都使得焊缝区的各方面承载能力低于母材的承载能力，并且焊接结构容易发生地应力脆断。如果增加焊缝余高，增加焊缝区的承载面积，即可降低焊缝区的平均应力，提高接头的承载能力。

焊缝区如果存在裂纹等缺陷，就应该从断裂力学角度评价接头的承载能力。对于存在焊接裂纹并容易发生低应力脆断的焊接结构来说，当裂纹处的应力强度因子K达到材料的断裂韧度K_IC时，裂纹发生失稳扩展，结构破坏。K_IC是材料的固有机械性能参数，而K则通过式(1)计算。

K=Yσa---(1)]]>

其中，Y为形状因子，它与构件的几何形状、裂纹的位置及尺寸、外加载荷的方式等有关，σ为工作应力，a为裂纹尺寸参量。

已知工作载荷，可以根据式(2)求出使裂纹发生失稳扩展的临界裂纹尺寸。

ac=(KICYσ)2---(2)]]>

其中K_IC为材料的断裂韧度。

已知裂纹尺寸，可以根据式(3)求出使得裂纹发生失稳扩展的临界应力，从而判断结构是否安全。

σc=KICYa---(3)]]>

对于承受循环载荷的结构，可根据式(4)求出裂纹扩展速率，进而求出结构的剩余疲劳寿命。

dadN=A(ΔK)n---(4)]]>

以上所述都需要知道构件的应力强度因子。所有的断裂力学教材中只有各种裂纹形式的有限宽板应力强度因子公式，而对带余高接头的应力强度因子公式未见报道。

针对带余高接头的应力强度因子公式的重要性，就如何确定含裂纹带余高对接接头应力强度因子公式及其应用，开展相应研究工作，具有现实意义。

发明内容