文档介绍：2 0 0 2 年 6 月沈阳工业学院学报 V o l. 21 N o. 2
第21卷第2期 JOU RNAL O F SH EN YAN G INST ITU T E O F T ECHNOLO GY Jun. 2 0 0 2
文章编号: 1003- 1251 (2002) 02- 0030- 04
疲劳裂纹形成与扩展分界点研究
李金泉1, 黄德武2, 徐丹3, 尚德广4
(1. 沈阳工业学院机械工程分院, 辽宁沈阳 110016; 2. 沈阳工业学院; 3. 沈阳市苏家屯区供电局; 4. 北京工业大学)
摘要: 以缺口件为研究对象, 根据弹塑性理论着重介绍了确定缺口试
样疲劳裂纹形成与扩展分界点的新方法, 经实验验证, 与实测值吻合良好.
关键词: 疲劳裂纹; 短裂纹; J 积分; 分界点
中图分类号: T G113. 225 文献标识码: A
确定疲劳裂纹形成与扩展分界点是估算缺口件疲劳寿命的关键, 定量地确定出分界点的
尺寸会大大地提高疲劳寿命估算精度, 本文介绍一种采用弹塑性理论定量分析缺口根部应力
应变场确定长短裂纹分界点的方法.
1 疲劳试验
选用正火 45 号钢作为试验材料, 热处理后材料的屈服强度为 377 M Pa, 抗拉强度为
623 M Pa, 延伸率为 26. 36%. 试样形状为 60°板状单边 V 形缺口, 厚度为 4 mm. 疲劳试验在
shenk 电液伺服疲劳实验机上进行, 控制应力恒幅加载, 应力比取 R = 0, R = 1 两种情况, 加载
频率为 50 H z, 试验环境为室温, 空气介质. 用放大倍数为 100 的光学显微镜双面观测裂纹, 最
小可见长度为 10 Lm. 当裂纹扩展到成为长裂纹以后停止试验. 取裂纹小于 5~ 8 mm 的数据
来分析研究缺口裂纹扩展.
2 试验结果与分析
2. 1 缺口根部裂纹扩展理论分析
由于试样缺口根部有较大的应力集中, 从而使缺口根部产生了塑性区和应力应变集中区,
如图 1. 在循环载荷作用下, 缺口塑性区的塑性应变分布如图 1 所示. 从中可以看出缺口根部
的塑性应变随着距缺口根部的距离增加而急剧降低. 在缺口场内, 缺口根部的塑性应变随着距
缺口根部距离的增加而急剧降低的这种现象, 在缺口塑性区内表现的最为明显.
收稿日期: 2001- 07- 18
作者简介: 李金泉(1965—) , 男, 河南方城人, 博士研究生.
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第 2 期李金泉等: 疲劳裂纹形成与扩展分界点研究 13
对于短裂纹的早期扩展, 目前较为成功的
表征参量是 J 积分. 根据 Dow ling 的关系式,
并经 ho sh ide 等人[1 ] 的修正, 其表达式如下:
$J = $J e + $J p
2
2 $ R $ R$ Ep
= 2PF + f (n′) a (1)
2E 1 + n′
其中: F 为形状因子, a 为裂纹长度, f (n′) 为循
环应变硬化指数 n′的函数, $ R、$ Ep 分别为裂纹
尖端的局部应力应变