题目：带保载塑性诱发疲劳裂纹闭合效应研究

工程中发生的疲劳裂纹破坏，占全部机械破坏的50~90%，是结构失效的最常见形式。精确确定疲劳裂纹的扩展速率及影响疲劳裂纹扩展的因素，对于有效设计受疲劳循环载荷构件寿命，减少疲劳裂纹带来的损失具有重要意义。将裂纹闭合作用引入Paris公式来进行裂纹扩展预测被证明能够反映应力比、载荷史等因素对裂纹扩展速率的影响；发生裂纹闭合作用后，有效应力强度因子范围比应力强度因子范围小，使用有效应力强度因子预测裂纹扩展速率更精确。塑性诱发疲劳裂纹闭合效应是工程中裂纹闭合效应的主要形式；航空发动机典型载荷谱具有明显的长时间载荷保持特点，可以理想化为载荷保持；而镍基合金是发动机高温部件的主要材料；因此研究高温保载对镍基合金裂纹闭合效应的影响，对于精确预测航空发动机高温部件裂纹扩展速率及构件寿命意义重大。用粘塑性有限元法研究二维平面应力、平面应变和三维带中心裂纹试件在等幅循环拉伸加载和保载作用下的塑性诱发裂纹闭合现象。所采用二维模型为带中心穿透裂纹平板试件，三维模型则是带中心部分穿透裂纹平板试件。以通用有限元软件ABAQUS为分析工具，试件采用涡轮盘材料Udimet720 Li，引入Chaboche粘塑性本构模型，在恒温700℃情况下，通过逐步释放裂纹尖端节点约束来模拟裂纹扩展。考察了二维和三维情况下裂纹尖端塑性区的变化规律，研究了不同应力比、不同循环最大载荷以及不同保载时间对无量纲裂纹张开应力强度因子的影响。并将所得有限元计算结果与Newman裂纹闭合计算公式及实验结果进行对比和分析，得到了应力比、循环最大载荷及保载对裂纹闭合效应的影响规律。