疲劳短裂纹形成和扩展行为研究

平均应力是影响材料疲劳行为的重要因素,选择平均应力下疲劳短裂纹行为作为研究对象,应用裂纹位错理论和椭球体异性夹杂理论对疲劳短裂纹问题进行了深入的分析和探讨,在以下几方面取得了新的进展。 首先对不同应力条件下光滑试样的疲劳短裂纹行为进行了系统的试验研究,考察了应力幅、平均应力及微观结构等因素对疲劳短裂纹生长的影响,并给出了一个关于疲劳短裂纹形成和扩展的划分定义;建立了循环应力下的疲劳短裂纹位错模型,通过对疲劳短裂纹及其顶端塑性区与晶界交互作用的分析,建立了疲劳短裂纹门槛应力条件,并由此推导出一个双曲线形式的疲劳极限图线。提出了应用裂纹顶端塑性位移幅度描述疲劳短裂纹生长速率的方法,由疲劳短裂纹形成位错模型给出了一个振荡形式发展的疲劳短裂纹生长速率表达式.其范围包络线可以较好地覆盖疲劳短裂纹速率的试验数据;应用Eshelby椭球体本征应变问题解,求得了裂纹顶端延伸位移。提出应用有效裂纹顶端延伸位移幅度来处理各种应力条件下疲劳短裂纹扩展速率的方法,使得疲劳短裂纹扩展速率在描述上实现了归一。