焊接残余应力与裂纹闭合：一种模拟方法

"焊接残余应力场中裂纹闭合模型 (2006年)" 本文主要探讨了在焊接结构中，尤其是潜艇结构中普遍存在的复杂焊接残余应力对焊接表面裂纹扩展的影响。作者曲先强、石德新、崔洪斌和吕春雷采用了一种基于权函数的方法，结合Newman-Raju提出的表面裂纹在压力和弯曲组合应力下的经验公式，来计算由焊接残余应力导致的表面裂纹的应力强度因子。这一计算对于理解裂纹在不同应力状态下的行为至关重要，因为应力强度因子是预测裂纹是否会发生扩展的关键参数。 接着，他们运用K相似原理，将表面裂纹的问题转化为中心贯穿裂纹问题。这种方法允许研究人员更直观地分析和模拟裂纹的内部行为，因为中心贯穿裂纹模型在理论分析上通常更为成熟和易于处理。K相似原理的引入简化了问题的复杂性，使得计算和分析更具效率。 核心在于，研究团队利用Newman的裂纹闭合模型来模拟裂纹在残余应力场中的扩展过程。裂纹闭合模型是一种描述裂纹在受到压力时闭合并减小其开度的现象，这在实际工程中尤其重要，因为它可以防止或延缓裂纹的进一步扩展。通过这种模型，他们能够研究在残余应力场内如何发生裂纹闭合以及如何影响裂纹扩展的行为。 此外，该研究指出，所提出的方法不仅适用于静态条件下的裂纹扩展研究，还能扩展到随机载荷下的情况。在实际操作中，结构常常会受到不定期或随机的外部载荷，因此考虑这些因素对于评估结构的疲劳寿命和安全性至关重要。 关键词涵盖了残余应力、裂纹闭合、权函数和K相似原理，这些都是该研究领域的重要概念。残余应力是焊接过程中不可避免的产物，其管理和控制对于确保结构的可靠性至关重要。裂纹闭合是一个重要的现象，可以减缓裂纹的生长，延长结构的使用寿命。权函数则提供了一种工具，用以精确计算和分析裂纹的应力状态。K相似原理则是将复杂的几何问题转化为更易于处理的形式，便于进行裂纹分析。 这篇论文提出了一个有效的方法，用于理解和模拟焊接结构中裂纹在残余应力场中的行为，特别是在随机载荷下的扩展情况。这项研究对于焊接工程，特别是潜艇和其他高应力环境下的结构设计和维护具有深远的实践意义。