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裂纹扩展是含缺陷构件寿命预测研究的关键问题,多个裂纹相互干涉导致裂纹扩展情况更加复杂。现有标准一般采用合并准则来简化对干涉裂纹扩展规律的预测,其合并准则大多基于常温下的应力强度因子、裂纹尖端张开位移和J积分等断裂力学参量来制定,其是否合理保守还待进一步研究。得益于有限元方法的发展,含裂纹结构各项参数的计算变得越来越方便。本文利用三维裂纹分析软件ZENCRACK和商用有限元软件ABAQUS,对含裂纹结构的寿命进行预测,并对现有裂纹合并准则的保守性进行评估,主要内容和结论如下: (1)采用有限元分析技术,应用两种不同材料(304不锈钢和16MnR钢)数,对不同初始深度比、形貌比、最小间距的22组含一对等大半椭圆表面裂纹的平板进行了疲劳寿命预测,并讨论了现有的4类合并准则和1种由本文提出的合并准则的保守性。通过其中一组裂纹扩展模拟讨论了疲劳载荷条件下多裂纹扩展规律。与利用考虑干涉直接计算得到的剩余寿命相比较,其结果表明,现有合并准则的保守性与裂纹相对板厚的尺寸密切相关,也受裂纹初始形貌比的影响。在初始裂纹深度较大的情况下,BS7910和ASME建议的合并准则可能会得到不保守的结果,而A16、API579-1和GB/T19624-2004建议的合并准则过于保守。本文建议当两裂纹的最小间距与平均裂纹深度相等,即s=(a1+a2)/2时,可将两个表面裂纹表征为一个大裂纹。最后,通过对裂纹扩展速率公式中材料参数的敏感性分析,发现合并准则的保守度还与所用材料的裂纹扩展速率有关,其中Paris公式中的指数mf起关键作用,而系数Cf的影响甚微。 (2)基于有限元方法,分别应用650℃下的P92钢和566℃下的25Cr2NiMo1V钢的材料参数,对不同初始深度比、形貌比、最小间距的10组含一对等大半椭圆表面裂纹的有限厚度平板的蠕变寿命进行了预测,并讨论了现有的4类合并准则和1种由本文提出的合并准则的保守性。以其中一组计算结果为例,讨论了蠕变条件下多裂纹扩展规律,发现:在蠕变条件下,次表面点的扩展速率要比表面点稍大;平板表面对蠕变裂纹的干涉较大。与利用考虑干涉直接计算得到的剩余寿命相比较,结果表明,蠕变条件下,现有合并准则的保守性也与裂纹相对板厚的尺寸(a0/t)密切相关,也与裂纹初始形貌比的相关。最后,通过对材料的蠕变常数Norton指数n的参数化分析发现,n对蠕变条件下裂纹合并准则的保守性影响甚小,但在进行蠕变寿命预测,应特别注意n的选取;通过对材料的蠕变裂纹扩展公式指数mc的参数化分析发现,随着mc的增大,裂纹合并准则的保守性也增加,但增加的幅度不大。本文建议的裂纹合并准则(s=(a1+a2)/2)在蠕变条件下也适用。