疲劳和断裂第九讲电子版本

1、版权所有, 1997 (c) Dale Carnegie & Associates, Inc.1第一页，共29页。2第二页，共29页。e e0理想弹塑性材料理想弹塑性材料s s2yss syss syss ss se e0硬化材料硬化材料2yss sAyss sA2yss s3第三页，共29页。 = = =221)(122a as sapapysKr平面应力平面应力平面应变平面应变4第四页，共29页。s sxs ss sw wyys0aMs sxDsDs2 2s sw wyysc c0 0 xw ws-Dss-Dss syc c0 0s sys5第五页，共29页。ysys ss ss

2、s= =s sp pw ws syMKx= =- -22(/ )0 xwwMxwwMs sxs ss sw wyys0aMs sxDsDs2 2s sw wyysc c0 06第六页，共29页。s sxDsDs2 2s sw wyysc c0 0 xw ws-Dss-Dss syc c0 0s sys7第七页，共29页。Rice认为：直到认为：直到wc= wM时，上述方法时，上述方法(fngf)仍然仍然可用。可用。循环载荷下，裂尖有单调塑性区循环载荷下，裂尖有单调塑性区w wM、塑性区塑性区w wc。；8第八页，共29页。9第九页，共29页。yx单调塑性区单调塑性区循环塑性区循环塑性区实际裂纹

3、实际裂纹：在疲劳载荷作用下发生和发展。：在疲劳载荷作用下发生和发展。 裂纹在已发生塑性变形的材料包围之中。裂纹在已发生塑性变形的材料包围之中。卸载时，弹性变形要恢复；卸载时，弹性变形要恢复； y方向塑性变形不可恢复方向塑性变形不可恢复；裂纹面闭合。；裂纹面闭合。10第十页，共29页。s ss ss ss ss smaxminopclt11第十一页，共29页。-1-2-3-4-5 3 5 10 20 30lgda/dN (mm/c)D DK (Mpa.m1/2)R=0.05R=0.52D DKeff (Mpa.m1/2)lgda/dN (mm/c)-1-2-3-4-5 3 5 10 20 30与

4、与K K相比，相比，KeffKeff是控制裂纹扩展的更本质是控制裂纹扩展的更本质(bnzh)(bnzh)的参量。的参量。12第十二页，共29页。ABs ss sCODAB0长锯缝长锯缝s s有电阻、光学有电阻、光学(gungxu)、超声法、超声法等方法。等方法。最可靠、应用最广的是最可靠、应用最广的是COD法。法。Paris（1974）给出张开）给出张开(zhn ki)位移为：位移为： CODAB=4a/E= 或：或： =(E/4a)CODAB式中，平面应力，式中，平面应力，E=E； 平面应变，平面应变，E=E/(1-)2。用锯缝模拟理想裂纹，可验证用锯缝模拟理想裂纹，可验证s s-COD线性

5、关系。线性关系。 a , s s-COD直线的直线的斜率斜率E/4a 。13第十三页，共29页。s sCODAB0oos s ， 斜率斜率 E/4a ， a ？原闭合裂纹原闭合裂纹(li wn)逐渐张开逐渐张开。14第十四页，共29页。s ss ss ss s- -aDsaDsmaxopopminCOD裂纹裂纹张开张开闭合闭合只要裂纹完全张开，补偿后记录只要裂纹完全张开，补偿后记录(jl)的的CODAB-应为一常量（垂线）。一旦裂纹开始闭合应为一常量（垂线）。一旦裂纹开始闭合，则，则CODAB-将偏离垂线。将偏离垂线。s ss ss ss smaxopopminCODCODaDsaDsDsDs

6、s-Dss-Dss s15第十五页，共29页。16第十六页，共29页。应力水平从应力水平从DsDs2降至降至DsDs1， s sop ，DsDseff ，da/dN ， 迟滞后恢复。迟滞后恢复。s sDsDsDsDsDsDs1 12 21 1ts sop17第十七页，共29页。实验结果实验结果:2024-T3铝铝, 62年，年，Schijve.施加了三次施加了三次高载后，寿命延长高载后，寿命延长4倍。倍。a (mm)100501050 10 20 30 4042024-T3铝铝N(10 )ts s18第十八页，共29页。20世纪年代初，人们才认识到载荷间的相互影响世纪年代初，人们才认识到载荷间

7、的相互影响。观察到单个高载的作用会引起。观察到单个高载的作用会引起(ynq)裂纹扩展裂纹扩展速率的降低。这种现象称为裂纹迟滞。如果高载速率的降低。这种现象称为裂纹迟滞。如果高载足够大，可以发生止裂，裂纹扩展完全停止。足够大，可以发生止裂，裂纹扩展完全停止。19第十九页，共29页。aada/dNNda/dN 。通常是在单个或不多几个高载作通常是在单个或不多几个高载作用后发生。用后发生。aada/dNN20第二十页，共29页。对于高载迟滞现象对于高载迟滞现象(xinxing)(xinxing)发生原因的物理发生原因的物理解释。解释。裂纹闭合裂纹闭合二者综合作用，造成二者综合作用，造成21第二十一页

8、，共29页。2) 裂纹穿过裂纹穿过rOL，即即ai+ryi=aOL+rOL时，迟滞消失。时，迟滞消失。arOLOLairyi22第二十二页，共29页。m 是实测的，预测寿命的结果较好。是实测的，预测寿命的结果较好。arOLOLairyi23第二十三页，共29页。用分析方法预测迟滞用分析方法预测迟滞(chzh)(chzh)扩展。扩展。arOLOLaiaryiprreq高载引入裂尖残余压应力高载引入裂尖残余压应力s sres，迟滞发生。迟滞发生。24第二十四页，共29页。25第二十五页，共29页。已知已知; (; 求求 时的时的计算计算计算计算积分积分预测预测寿命寿命计算计算 计算计算26第二十六页，共29页。arOLOLaiaryiprreq27第二十七页，共29页。ts sOLmaxmina) 拉伸高载拉伸高载 s ss ss st b)压压拉高载拉高载s ss sOLt d)压缩高载压缩高载s stc)拉拉压高载压高载 s ss sOLaN恒幅载荷恒幅载荷(d)(a)a) 迟滞影响大，寿命可增迟滞影响大，寿命可增 1-10倍，甚