文档介绍：第八章疲劳裂纹扩展
疲劳裂纹扩展速率
疲劳裂纹扩展寿命预测
影响疲劳裂纹扩展的若干因素
疲劳裂纹扩展速率试验
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第八章疲劳裂纹扩展
(Fatigue crack growth)
研究问题:含裂纹体的疲劳裂纹扩展规律,
疲劳裂纹扩展寿命预测方法。
研究方法
裂纹尖端的应力应变场
LEFM:K
EPFM:d
断裂力学法
初始条件:
初始裂纹尺寸a0 ?
破坏条件:
临界裂纹尺寸ac
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The fatigue life ponent is made up of initiation and propagation stages. The size of the crack at transition from initiation to propagation is usually unknown and often depends on the point of view of the analyst and the size of ponent being analyzed.
构件的疲劳寿命由起始和扩展二部分组成。
从起始到扩展转变时的裂纹尺寸通常未知且往往取决于分析的着眼点和被分析构件的尺寸。
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For example, for a researcher equipped with microscopic equipment it may be on the order of a crystal imperfection, dislocation(位错), or a mm crack, while to the inspector in the field it may be the smallest crack that is readily detectable with nondestructive inspection equipment.
例如,对于有显微设备的研究者,上述尺寸可能是晶粒缺陷、,而对于现场检验者,则是无损检测设备可检出最小的裂纹。
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问题: 有缺陷怎么办?发现裂纹,能否继续
使用? 剩余寿命?如何控制检修?
均匀、无缺陷材料
循环载荷作用
S-N曲线
e-N曲线
裂纹萌生寿命
理论基础:线弹性断裂力学(1957)
计算手段:计算机迅速发展;
实验手段:高倍电镜、电液伺服
疲劳机,电火花切割机等
研究可能
疲劳裂纹扩展研究需求
我们已经讨论过应力寿命方法和应变寿命方法,现在讨论用于疲劳裂纹扩展估计的断裂力学法。
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给定a, , da/dN ;
给定, a, da/dN 。
疲劳裂纹扩展速率
讨论张开型(I型) 裂纹。
a>>rp,LEFM力学可用。
一. a N曲线
二、疲劳裂纹扩展控制参量
aN 曲线的斜率,就是裂纹扩展速率da/dN。
a (mm)
a
0
N
CCT
CT
>
1
D
s
2
D
s
3
D
s
>
R=0
K,a 故
K, da/dN
标准试样
预制疲劳裂纹
恒幅疲劳实验
记录
a , N
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裂纹只有在张开的情况下才能扩展,
故控制参量K定义为:
K=Kmax-Kmin R>0
K=Kmax R<0
疲劳裂纹扩展速率da/dN的控制参量
是应力强度因子幅度K=f(,a),即:
da/dN=(K,R,…)
应力比
R=Kmin/Kmax=min/max=Pmin/Pmax;
与K相比,R的影响是第二位的。
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Fatigue Crack Growth Rate
R=0 时的da/dN-K 曲线,是基本曲线。
实验
a =a0 R=0 =const
a (mm)
a
0
N
D
s
R=0
i
a
da
dN
aN曲线
ai , (da/dN)i
,ai ,Ki
da/dN-K
曲线
lg da
/
dN
10
-5 -6
10
-9
lg
( K)
D
~
8
lg da
/
dN
1 2 3
10
-5 -6
10
-9
lg
( K)
D
~
1. da/dN-K曲线
低、中、高速率三个区域:
c
K
=(1-
R)
K=(1-R)Kmax
th
D
K
低速率区:
有下限或门槛值Kth
K<Kth, 裂纹不扩展。
高速率区: 有上限Kmax=Kc,
扩展快,寿命可不计。
中速率区: 有对数线性关系