疲劳裂纹扩展规律Paris公式的一般修正及应用

介绍了疲劳裂纹扩展规律Paris公式及其与传统应力疲劳S—N曲线的关系，分析了计算疲劳裂纹扩展寿命的一般过程。阐述了当前Paris公式在工程中的一般修正，具体描述了不同的修正形式及其主要特征，简要介绍了Paris公式在弹塑性断裂力学和连续损伤力学中的修正及应用。各种应用实践表明，对于不同要求的工程问题要采用相应的修正形式。     

应力比影响下的铝合金全范围疲劳裂纹扩展速率表达式

通过试验测得T851处理的2124铝合金板TL取向与LT取向不同应力比时的裂纹扩展门槛值及裂纹扩展速率;将应力比影响下的有效应力强度因子ΔKeff、有效裂纹扩展门槛值ΔKeffth及裂纹在循环应力作用下的临界应力强度因子K′C引入全范围裂纹扩展速率表达式中,并用修正后的公式对不同应力作用下2124铝合金TL取向与LT取向的疲劳裂纹扩展速率进行了预测。结果表明:预测结果与试验结果基本吻合,说明修正后全范围裂纹扩展速率表达式可以用来描述2124铝合金裂纹扩展速率。     

基于断裂力学的疲劳裂纹扩展速率公式研究

对疲劳裂纹扩展速率公式的研究已有50余年的历史,但是这些公式中均含有物理意义不明确、需由实验确定的常数,通过对三个常用公式和一个新近得到公式的分析比较,验证了新近得到公式的正确普适性、参数易求性及公式物理意义的明确性,进而可预测不同材料的疲劳裂纹扩展速率.     

TC21钛合金的疲劳裂纹扩展研究

建立了新型损伤容限性钛合金TC21的疲劳裂纹扩展模型;研究了疲劳裂纹扩展速率da／dN与疲劳裂纹扩展门槛值之间的关系。该模型预测了TC21钛合金的疲劳裂纹扩展速率,其预测结果与实验结果非常吻合。     

高应力集中区中的疲劳裂纹扩展

本文对高应力集中区中疲劳裂纹扩展进行了研究,对两种材料的中心椭圆孔边裂纹板共6个试件进行了低周疲劳试验。为了减少参量计算引起的误差,首先给出了有限宽板中心椭圆孔边裂纹应力强度因子的计算公式,同时对弹塑性材料引入了大范围塑性区修正方法。为了考证公式和方法的正确性,进行了有限元计算。应力强度因子 K 和大范围塑性区修正形式的 K两者都被用作为相应的参量,结果表明:本文发展的大范围塑性修正形式的代表 J 积分的 K,对高应力区疲劳裂纹扩展是一个合适的参量。     

弹塑性疲劳裂纹扩展行为的数值模拟

基于ABAQUS有限元软件建立内聚单元模型以研究I型弹塑性疲劳裂纹的扩展过程。利用UEL子程序定义内聚单元的疲劳损伤累积准则以识别疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端的位置,并预测裂纹扩展速率da/d N。结果发现,预测的裂纹扩展速率与已有的试验结果吻合良好。通过ABAQUS软件中的温度-位移耦合分析方法同步获取裂纹扩展过程中因塑性变形能引起的裂纹尖端瞬态温度场的变化。结果显示,疲劳损伤累积准则所识别的裂纹尖端位置与裂纹扩展时最大温升点的位置具有一致性。这说明疲劳裂纹扩展过程中温度信号的变化也可以用于裂纹扩展规律的研究。基于数值模拟的方法验证了疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端的温升信号ΔT与裂纹扩展速率da/d N、应力强度因子范围ΔK之间的幂函数关系。研究成果有望用于疲劳裂纹扩展寿命的快速预测。     

常用的16MnR等压力容器用钢疲劳裂纹扩展速率

对屈服强度为350MPa级的压力容器用钢16MnR、20g和屈服强度为500MPa级的压力容器用钢CF-62进行厂疲劳裂纹扩展速率的试验研究和数据收集,试样分别为三点弯曲(TPB)和紧凑拉伸(CT)形式,共二十余块。对700多试验数据点进行分析,推荐了强度级别在350～500MPa的压力容器用钢用疲劳裂纹扩展速率公式。     

用权函数法建立疲劳裂纹扩展的估算模型

本文应用权函数法定量地描述了疲劳裂纹在焊接残余应力场中的扩展特性，提出了利用已知的母材疲劳裂纹扩展速率来予测焊接件疲劳裂纹扩展速率的关系式。     

基于ABAQUS的圆柱直齿轮齿根裂纹扩展与寿命估计

以渐开线直齿轮为研究对象,通过齿轮应力分析确定轮齿裂纹易萌生位置,利用ABAQUS软件建立齿轮裂纹扩展有限元模型,获取齿根裂纹扩展路径,计算不同阶段裂纹尖端应力强度因子.通过多种曲线拟合方式的对比,选取指数函数建立的裂纹长度与裂纹尖端应力强度因子幅之间的函数关系.运用Paris公式构建裂纹扩展速率模型,实现含齿根裂纹齿...     

疲劳裂纹扩展速率测试及表征的一点讨论

在没有分析真实应力-应变状态并得到证实的情况下，文献[1，2]认为在所拟合得到的折线裂纹扩展速率中，第1阶段的直线属于平面应变区，第2阶段的直线属于平面应力区，这一观点值得商榷。     

基于新裂纹扩展驱动力参量的焊接接头疲劳裂纹扩展的研究

传统上疲劳裂纹扩展速率以一个参量——应力强度因子幅(PARIS模型)或有效应力强度因子幅(ELBER模型)来表达。PARIS模型不能统计应力比效应和变幅加载历史。ELBER裂纹闭合模型虽被广泛应用,但确定其开闭口载荷的测量方法很多,且测量结果均存在主观性。最近研究表明,疲劳裂纹扩展不仅依赖于应力强度因子幅,还与最大应力强度因子有关。并且KUJAWSKI提出了两参量模型,该模型避开了有争议的裂纹闭合效应。基于一个载荷循环中柔度变化与裂纹尖端开闭口与弹塑性行为的关系,提出一个新的具有物理意义的两参量驱动力模型。针对Q345钢焊接接头各区域进行两种应力比R=0.1和0.5的疲劳裂纹扩展试验。使用该模型针对Q345钢焊接接头各区域的疲劳裂纹扩展数据进行验证。结果表明,提出的新模型在预测应力比对裂纹扩展速率的影响时比上述三个模型更有效。     

热疲劳裂纹网的屏蔽规律及主裂纹应力强度因子的计算方法

热疲劳裂纹网中主裂纹的应力强度因子可反映构件的损伤程度,然而由于裂纹间的屏蔽效应,直接计算裂纹网中主裂纹的应力强度因子是困难的。根据热疲劳试验提出假设：① 主裂纹不会位于裂纹网的边缘;② 裂纹网中的裂纹互相平行,且垂直于约束方向。定义主裂纹的屏蔽剩余百分数s,裂纹的比间距n,裂纹长度比f。分别研究两条长度相等裂纹、两任意长度裂纹、三条裂纹和多条裂纹屏蔽效应的规律。发现s-f-n有确定的关系,这一关系由裂纹网的结构确定,而与边界条件、裂纹尺寸等因素无关。利用屏蔽效应的规律可由单条裂纹时的应力强度因子推算裂纹网中屏蔽效应发生时主裂纹的应力强度因子。算例表明此方法精确、简便、快捷。     

基于ABAQUS的不同形式裂纹前端建模分析

以带有裂口的3点弯曲试件为研究对象,通过计算得出该模型应力强度因子的理论值.基于ABAQUS软件帮助文档提供的2种不同裂纹前端建模方法,对静载下试件分别进行断裂力学的仿真计算,得到相应的应力强度因子.并将理论计算和2种不同裂纹前端建模方式的模型有限元仿真计算中的应力强度因子进行了比较和分析.     

疲劳近门槛值区裂纹扩展模式变化的试验研究

利用扫描电镜观察疲劳门槛值区试样的裂纹表面形貌,研究了疲劳门槛值区裂纹扩展模式的分布,分析了裂纹扩展模式的变化对疲劳裂纹扩展速率da／dN的影响。结果表明,断口形貌存在面型断裂（沿晶或穿晶）（Faceted Fracture,FF）,面型断裂分数（Percentageof Faceted Fracture,PFF）最大值出现在循环塑性区尺寸接近原始奥氏体晶粒直径时。通过比较循环塑性区尺寸与晶粒尺寸,随着应力强度因子幅值AK的降低,裂纹先以辉纹型模式扩展,在PFF达到最大值后,裂纹以晶体学模式扩展。辉纹型模式扩展时,PFF的变化对da／dN影响不大;晶体学模式扩展时,由于FF诱发裂纹闭合,从而降低da／dN。     

基于非线性预测滤波算法的疲劳裂纹扩展预测

针对传统Paris疲劳裂纹扩展模型预测精度低、无法考虑裂纹扩展过程中各种不确定因素影响的问题,提出一种基于非线性预测滤波算法的疲劳裂纹扩展预测方法.使用基于Paris公式的状态空间方程表征裂纹扩展过程,采用基于Lamb波的监测技术构建观测空间方程,利用实时观测信息修正模型预测值.最后通过Q235钢试件的单边疲劳裂纹扩展...     

曲轴疲劳裂纹扩展规律测试及形成机理分析

应用扫频法对柴油机曲轴疲劳裂纹的扩展规律进行实测.该方法以谐振式疲劳试验机为平台,根据试验过程中曲轴裂纹扩展之后谐振系统共振频率下降这一现象,通过系统的扫频试验来动态跟踪裂纹扩展的参照信息.在试样发生断裂之后,再根据断口形貌对裂纹的形态和尺寸进行实测,辅助以谐振系统的有限元模态分析来对裂纹尺寸的确切值进行反推,实现裂纹尺寸的动态测量.试验结果综合反映了零部件的各种结构几何参数、加工精度、强化处理工艺等因素对裂纹扩展行为的影响.通过对4个试样进行测试,发现曲轴的裂纹扩展速率在Paris区呈现三分段规律.根据试件断口形貌的特征,对这种规律性的机理进行推论,认为这种规律是由于在曲轴圆角表层残余应力的影响下,其裂纹前沿的应力比在裂纹扩展过程中发生突变造成的.     

对2024铝合金疲劳裂纹扩展寿命进行预测

通过二维弹塑性有限元计算得到Ⅰ型静态裂纹在常幅疲劳载荷下裂纹尖端塑性应变能,进而获得裂纹尖端塑性应变能和应力强度因子幅值的非线性关系;根据能量平衡概念,建立了裂纹扩展速率与裂纹尖端塑性应变能的关系。由此得到一种基于裂纹尖端塑性应变能的疲劳裂纹扩展寿命预测模型,利用该模型预测了中心裂纹平板的疲劳裂纹扩展寿命,预测结果与试验值吻合得很好。     

整体加肋板裂纹扩展特性分析

对整体加肋板进行了疲劳裂纹扩展试验,分析了结构疲劳裂纹扩展的基本特性及规律,讨论了应力强度因子工程计算方法,为整体加肋板的损伤容限评定及设计提供了依据。     

应力比对套管钻井用J55钢疲劳裂纹扩展行为的影响

利用电液伺服疲劳试验机及扫描电镜研究了应力比对J55钢疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明:在相同裂纹扩展长度处,随着应力比R的增大,疲劳裂纹扩展速率明显减小;在较低的ΔKeff区,应力比R对裂纹扩展速率的影响不显著,随着ΔKeff的升高,应力比对裂纹扩展速率的影响越来越显著;在相同的Kmax下,裂纹扩展速率随着应力比的增加而明显减小;随着应力比的增大,在高Kmax区,韧性断口的韧窝逐渐由抛物线状转变为等轴状。