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原始疲劳质量评定和裂纹扩展方法研究杨谋存聂宏试件疲劳试验航空材料学报概率断裂力学为预测金属结构疲劳寿命提供了一个很好的基础。它可以用来研究裂纹分布随时间的变化规律,并可根据裂纹超越概率准则或维修/更换费用比准则确保结构耐久性的实现⋯。众所周知,材料初始缺陷尺寸在疲劳失效的早期阶段扮演一个重要的角色。年前提出的当量初始缺陷尺寸概念,试图确定基于断裂力学的寿命预测所需要的初始缺陷尺寸旧概念不仅考虑了结构细节制造过程中产生的缺陷,而且也考虑了材料特性。通常采用反推法来计算¨蚆¨。等人利用概率断裂力学法提出了当量预裂纹尺寸拍睢M珽也是基于反推法来计算的。【热私盐评┱故匝榍反推到时间为牡愦佣玫搅梁辖鸬怠@谜庵址赐品椒ǖ淖钪饕5奈侍馐推导或枰4罅康牧盐评┱顾俾适验数据,而这些试验数据通常需要构件在疲劳失效后通过测量断口的疲劳条带才能得到¨。’。这种方法周期很长,且需要较大的财力支持。另外,并不是所有的材料都能获得很好的疲劳条带,这时就不能用或ń薪峁鼓途性评价。退化失效是工程材料最常见的失效方式。退化失效过程蕴含大量失效信息。利用这些信息可对工程材料及结构进行可靠性等分析。国内外学者在这方面研究较多弧А9逃衅德适墙峁沟幕咎匦裕并因结构而异。特别是,当结构产生裂纹后,固有频率将会降低¨。因此可以利用其退化性能对结构进行性能分析与评价。本文通过性能退化试验不测量疲劳条带⒌绷苛盐瞥ざ扔爰釉匮反数的关系,并提出基于固有频率退化失效的耐久性分析方法。试验采用的试件带有一个铆钉孔,钉传载荷为ァ8檬约饕J怯美雌拦澜峁笶皇模拟真实的铆接件。选用这种比较简单的试件的原因是如果利用简单的试件都不能获得较好的的话,那么对于实际的和更复杂的构件来说就不可能得到较好的。因此宁愿利用较简单的试件来减小试验的不确定性。设计的试验件形状如图所示。材料是梁辖鸢宀模涞阅A縀为.,抗拉强度慷萶为,,,南京;暇┖娇蘸教齑笱Ш娇沼詈窖г海暇和裂纹扩展速率的确定方法。根据试验结果和理论推导,建立了裂纹扩展长度与加载循环次数的函数关系。在此基础上,估算了值,并用指数函数拟合方法估计了疲劳裂纹扩展速率。最后通过对临界裂纹尺寸的理论计算暇┕ひ荡笱嗄杲淌ρ趸鹬氐阆钅作者简介:杨谋存,男,博士,副教授,主要从事结第年月摘要:在对带有一个铆接孑氖约惺匝檠芯康幕∩稀@眯阅芡嘶撸岢隽艘恢中碌某跏计@椭柿验证了新方法的可行性和有效性。关键词:性能退化失效,当量初始缺陷尺寸,裂纹扩展速率。耐久性分析,临界裂纹尺寸痡..—.中图分类号:.文献标识码:文章编号:—收稿日期:.恍薅┤掌冢基金项目:江苏省高校自然科学研究计划项目,江苏省自然科学基金构抗疲劳控制技术,.甤琋.
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澎撇篐,ヘ跏丁竽鵽厂层性能退化分析\航空材料学报第卷施加三种应力幅和J匝榛动态工作精度为±ィ德史段,取决于试件的刚度。对于图镜氖约匝橄统的振动频率大约为,并随着加载循环次数的增加而逐渐降低。当振动频率大幅下降后,系统认为试件已被破坏并自动停止工作。三种应力水平下的疲劳寿命试验结果分别是,和循环次数,图隽怂惺匝结果。图隽艘桓鍪约恼穸德仕婕釉匮环次数的变化曲线。振动频率与裂纹长度的关系因为所施加的应力水平很低,材料处于弹性范围,所以根据材料力学特性‘川,应力和应变存在如下关系:其中盯和占分别表示试件的应力与应变,5模量。假设加和丁分别表示通过孑行牡氖约峤面宽度和厚度缤所示蚴约惺茉睾晌#其中硎臼约惺艿脑睾伞由式,得:其中△蚙分别表示试件的变形量和长度。对于试件而言,穑琓和煽醋龀JR虼式砻髟睾蒔与变形量△烧取1壤凳是试件的刚度骸狤另外,根据试验机墓ぷ髟恚低的振动频率,取决于试件的刚度褪约闹柿虼擞腥缦鹿叵担将胧,得:因为裂纹长度逐渐增加,试件的有效宽度逐渐变小。假设单边裂纹长度为口,则应以有效宽度加’代替宽度埘。爵山⒌鹊壤寂汤凇蕖拚肌图匝巫醇俺叽图@褪匝榻峁图穸德识栽睾裳非图@土盐萍傲盐撇饬渴疽馔⒎謈兰叮皇州口。口爵鉲盯,’跻口
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·“而万蕖ぬ这里去擂,是一个常数。軳、一笔·厅瓦口。阂弧鲁稀浚庋菔杉扑忝恐∫欢吉第原始疲劳质量评定和裂纹扩展方法研究因此式尚闯桑确定初始缺陷尺寸和裂纹扩展速率的方法试件的振动频率在试件开始时约为,并随着加载循环系数的增加而逐渐降低,这也表明试件的损伤在逐渐累积。试件的刚度在逐渐变小。因此系统的振动频率,是加载循环系数Ⅳ的函数,用表示,即:Ⅳ根据式,可建立裂纹长度与加载循环次数之间的函数关系:对于结构来说,如果已经得到性能退化曲线,裂纹长度与加载循环次数之间的关系就可确定,并可估计初始疲劳质量和分析结构耐久性。但实际上,因为览涤诩釉仄德剩鳽具有一定的随机性,并依赖于试件的装夹,所以