第十四讲 疲劳裂纹扩展

第十四讲疲劳裂纹扩展上节回顾Dugdale模型（带状屈服模型）裂纹尖端张开位移（COD）无限大板的COD，有限宽板的CODCOD准则J积分，J积分的守恒性，J积分准则平面应力断裂的R阻力曲线1．疲劳裂纹扩展速率疲劳裂纹扩展的定量表示用da/dN，称为裂纹扩展速率，表示每个循环裂纹长度的平均增量。da/dN-ΔK曲线与S-N、ε-N曲线类似，描述疲劳裂纹扩展规律的曲线为da/dN-ΔK曲线只有在拉伸应力作用下裂纹才能扩展，则疲劳裂纹应力强度因子幅度定义为ΔK=Kmax-KminR>0ΔK=KmaxR<0基本da/dN-ΔK曲线：R=0的da/dN-ΔK曲线市双对数坐标盗下优da秤/周dN前-锁Δ承K坛曲线的形状肥疲劳裂纹扩展茶的三个区域证一般情况下雾，咬da漠/洞dN变-麦Δ薪K胀曲线在双对数争坐标上可分为竟三个区域宗1资区：低速率区轰，该区内梳Δ航K表的微小降低观，住da颂/础d采N污急剧下降。煎存在血Δ探K格的一个下限值虏Δ种K译th启，冠该值处裂纹扩充展速率近似为迫零，夕Δ辩K唐th荡称为门槛值。蜜Δ鱼K斑th填受拥R瓣的影响较大。永2蛛区：中速裂纹猴扩展区，裂纹肉扩展速率一般挑在个10冷-捏9~10钻-判5m协/浅C更范围内。中速鸟裂纹扩展区触的博da扬/猴dN狡-贤Δ餐K异在双对数坐标悼上近似为线性衣关系。杂3受区：高速扩展侮区，竖即附K志max躬多K涛C翻时，裂纹快速届扩展，其寿命耗通常不考虑。拔其上限值以铅虎垂渐近线表示农2怎．裂纹扩展速滋率公式1）低速率区碰一般是进行裂窃纹不扩展设计霜炮窑Δ细K<花Δ视K畅th昆2筝）中速裂纹扩减展区泊，切Pari企s稍公式夫Pari竟s脏对具有中心穿索透裂纹平板拉祖伸实验数据归俊纳递，禁鸣对中速裂纹扩费展区皱（驶2善区）提出的经墨验关系式某稻劣C旋，彼m矛：材料常数上m窜不随构件的形山状和荷载性质新（拉伸或弯曲稀）改变鼠，扬C廊与材料性能相生关。巩由于存在门槛屡值捷Δ榴Kt距h万，问Donahu竞e蓝等炉（厕Donahu孤e光，润197捐2傅）建议如下修唇正公式僻掌偏3肆）高速扩展区禽可由下式估计祖裂纹扩展速率晨从声2谷区屑向颤3区区转变的应力榜强度因子贤烫监K烈maxT默：义R=猛0聚时的最大循环阅应力作用下的王应力强度因子舍3成．娇da望/但d爪N笋的理论公式塑性钝化模型饥C.Lai掘rd(19化67拾)储的观测结果弟裂纹尖端载循燥环荷载下出现介反复钝化和确重新尖锐化的娱交替过程。她Clinto跪c擦k耽塑性钝化模型幕凉β：材料常数尊Lardne霞r内塑性钝化模型玉藏曾μ醋：剪切弹性模土量钓4妇．疲劳裂纹扩吗展寿命预测志由州Pari镜s剂公式，已知裂袋纹原始长覆度帮a凳0歼可计算裂纹扩忠展至临界裂纹比长纯度贺a页C律所需的循环数但，即寿命。临沾界裂纹长像度派a挎C宋可由线弹性断涌裂判据给出（桑边裂纹或穿透束裂纹）彩宿香任意循环荷载傅下的应力强度拔因子幅度一般朱可表为恰技Y：形状函数理恒幅荷载下，滚，则缺谎最或赢：荐轨贷m卫2亿斑眼霉施参滨味m命=2咬上式为疲劳裂休纹扩展寿命估店算的基本方程几点讨论恰1绍）裂纹初始长牲度和材料断裂伯韧性对寿命的慰影响浪一般，裂纹初桌始长穷度趁a破0起对裂纹扩展寿舍命有重大影响笼。猫断裂韧宪性词K挤C护对裂纹临界尺惊寸影响大，对况裂纹扩展寿命胳影响小。崖2衫）金da堡/咳dN凤-称Δ好K红曲线拘与拆S曾-顾N恩曲线的关系能设裂纹初始长痰度揉a妙0幻，以裂纹扩展笔至买a衫f世定义寿命，恒弦幅下镇由株Pari幼s科公式有宪暴坝注意到右端的辽积分为常数，宴将祥Δσ知改谋为借2S犯a耗，则衣狱励3坝）胃Mine间r恨理论可应用于蝶疲劳裂纹扩展棉需钢5效．影响疲劳裂皱纹扩展的因素Rlg(ΔK)lg(da/dN)Rlg(ΔK)lg(da/dN)堤和实验环境相辨同时，不同构刻件形纷状及不同荷载屋形式下得到的卫疲劳宽裂纹扩展基本送相同。偷1弊）平均应力的独影响查给定童Δ码K扇下在裂纹扩展款的三个区职域潜内挡da光/块d北N誉均顶随腿R蹄增加而增大，浑表现仗为根da苗/读dN歪-遥Δ摔K渠曲线整体向左是移动。袍Forma用n痰修正公式蛋在裂纹扩展中岭速率尤区译Forma润n她提出的修正公式损草由：则：会即：疲劳裂纹争扩展率具有蝶的奇异性，高热速区的上限貌(妄1烤-盗R)K瑞C桥随箭R渐增加而降低。衰Walke构r亡修正公式铁构迫式中系数常用泰值划：依m=壳4健，段n=0.谦5求6铜．加载频率的旧影响粪图示材料在不懂同加载频率下高裂纹扩展速率伪实验结果同1端）在低速区，郊加载频率对裂德纹扩展速率基疲本无影响稿2乡）楼Δ海K会达到某一转折圈点后，加载频什率越低材，套da骄/住d直N盗越高疤加载频率的影录响可表为尊你饥一般，频率的探影响比应力比到的影响要小得听多，在室温、被无腐蚀条件下悲，乘<100H傍z妇频率的影响可肯忽略。沉7虏．腐蚀环境的捧影响tfKIiKICKISCC孤在腐蚀环境下违加载鼓到冬K早Ii脑（予K杏Ii狱<K鄙IC讲tfKIiKICKISCC红1址）在腐蚀环境编下裂纹扩展在秧K鹅Ii匪<K某IC批条件下发生。亡2被）作用的初撒始洲K矛Ii阳越低，到障裂纹发生扩展抚的时间越长。蜘3恩）存在一门槛罪值忠K岸ISCC西，如盯K真Ii蛋<K偶ISCC计则裂纹不发生停扩展揭，友K川ISCC屋称为应力腐蚀插界限的应力强拐度因子。咳8夸．腐蚀疲劳裂郑纹扩展速率lg(da/dN)lgKIlg(da/dN)lgKIKISCC