摘要：

为了更进一步地开发和利用深海资源,深海载人潜水器的研究和发展得到了前所未有的重视.对于深海载人潜水器,其研究的关键就是载人潜水器的耐压壳材料.与传统海洋结构物用钢材相比,钛合金具有更好的抗腐蚀性和比强度.自从上世纪中期到现在,从蛟龙号到如今的万米潜器"奋斗者"号,钛合金就一直被广泛地应用于船舶领域.由于钛合金在加工成深海载人潜水器耐压壳时,不可避免地会进行焊接等加工工艺.为了保证在深海地区载人潜水器耐压壳的安全和可靠,因此研究耐压壳用钛合金及其焊接接头的特性不可或缺.在工作服役期间,深海载人潜器耐压壳不仅仅会受到上浮和下潜的周期性载荷作用,而且由于每次下潜深度的不同也会遭受到变幅载荷作用的情况,从而导致耐压壳经常要面对疲劳损伤和载荷次序的问题,因此对于耐压壳钛合金进行疲劳损伤和载荷次序的研究是非常必要的.本文主要内容是基于疲劳裂纹扩展理论,针对耐压壳材料新型钛合金,制备新型钛合金焊接接头,并对母材和焊接接头开展基础力学试验,常幅载荷下疲劳试验,对比分析焊接后材料性能和疲劳裂纹扩展行为的变化,并且针对新型钛合金焊接接头,开展引入过载和低载的载荷次序疲劳试验.通过试验数据,针对复杂载荷情况下新型钛合金焊接接头,进行裂纹扩展公式预报.基于上述目的,本文研究工作如下:(1)针对国内外典型焊接结构评定方法和疲劳裂纹扩展理论进行资料收集和综述,重点研究和突破潜水器耐压壳钛合金焊接接头的疲劳寿命预报方法,为本文的研究奠定理论基础;(2)制备新型钛合金焊接接头.针对耐压壳用新型钛合金母材和焊接接头,开展室温基础力学性能试验研究,得到了新型钛合金焊接前后的屈服强度,抗拉强度,断裂韧性等力学性能变化,为下文的研究奠定试验基础;(3)开展常幅载荷下新型钛合金母材和焊接接头的疲劳裂纹扩展行为研究.结合疲劳裂纹扩展模型,设计常幅载荷作用下新型钛合金母材和焊接接头的疲劳裂纹扩展试验,对比分析疲劳试验结果,得出新型钛合金母材和焊接接头在常幅载荷作用下的疲劳裂纹扩展的不同;(4)研究载荷次序效应对新型钛合金焊接接头的疲劳裂纹扩展行为影响.结合疲劳裂纹扩展模型,设计开展新型钛合金焊接接头在单峰过载和低载作用下的疲劳裂纹扩展速率试验研究.基于分析结果,得出载荷次序效应对新型钛合金焊接接头的疲劳裂纹扩展影响情况;(5)研究复杂载荷作用下新型钛合金焊接接头的疲劳寿命预报方法.基于新型钛合金母材的疲劳裂纹扩展预报公式,对预报模型参数修改,结合载荷次序效应影响,提出了针对焊接接头,在复杂载荷作用下考虑载荷次序影响的疲劳裂纹扩展预报公式.

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