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平行于裂纹方向的载荷对于疲劳裂纹扩展速率的影响

1.引言断裂力学在疲劳裂纹扩展的研究中得到了成功的应用.但是,现有的疲劳裂纹扩展数据大都是从单向加载的试件上得到的.而实际构件通常处于双向载荷或多向载荷的状态下.在对构件作寿命估计时,双向载荷对于疲劳裂纹扩展速率的影响是一个必须要考虑的因素.在1966年Christensell等[l]曾指出,实验表明在双向载荷下疲劳裂纹扩展速率为单向载荷时的三倍,但它只给出了实验结果的示意图.后来有限的一些实验数据得出各不相同的结论.大部分试验结果表明,平行于裂纹方向的载荷对于裂纹扩展的影响很小.也有数据表明它会加快或减慢裂纹扩展. 本文从双向应力场中平面裂纹的全塑性分析着手,用修正能量法得到平行于裂纹方向的载荷对于J积分值的影响曲线.以此为基础,应用弹塑性分析的工程方法,得到在双向载荷作用下,平面裂纹在弹塑性情况下的J积分,用这个影响裂纹扩展速率的主要参数J,估算了平行于裂纹方向载荷对于裂纹扩展的影响.并与现有的实验结果作了比较. 2.双向应...  (本文共10页) 阅读全文>>

《机械强度》1982年04期
机械强度

根据钢的拉伸性能估算疲劳裂纹扩展寿命

弓}言 运用全属的拉伸性能估算疲劳裂纹扩展寿命,迄今尚未见有文献报道。本文试图在这方面作初步的尝试。 根据拉伸性能估算疲劳裂纹扩展寿命,首先要建立疲劳裂纹扩展速率与拉伸性能间的定量关系。最近若干年,一些研究者作了很多努力,试图找出疲劳裂纹扩展速率与材料的其麟能参数间帅关系〔‘一‘〕。然而,由于他们设计的裂纹扩展模型存在着某!一:一___、;____}‘洲龚、、\、_Xl‘,,,,,,才讲元{7尸图1沿裂纹扩展路径上的疲劳元示意图些缺陷的。,因而没有也不可能达到予期的目 根据对断裂和疲劳裂纹扩展机理的研究比一8〕,认为Lal和weiss提出的静态断裂模型仁门,在描述低的和中等应力强度因子范围△K下,也就是在A区和B区内扩展时(图2),是比较合理的模型。 本文将简要地讨论疲劳裂纹扩展模型,导出疲劳裂纹扩展的数学表达式,最后给出根据拉伸性能估算疲劳裂纹扩展寿命的两个实例。二、‘关于疲劳裂纹扩展模型 1.对Lal和wciss静态断裂模型...  (本文共6页) 阅读全文>>

《航空学报》1983年01期
航空学报

谱载荷作用下的疲劳裂纹扩展寿命

一、引言 最简单的谱载荷是在基本循环载荷中施加单个或多个拉伸和拉一压过载的情况。过载作用后,裂纹扩展速率显著降低。实验证明,过载迟滞效应最大点,即裂纹扩展速率最低点不是在刚施加过载之后,而是距施加过载点有一段距离,即所谓延缓滞后或推迟延缓(delayedre恤rdation)效应。现有的计算模型、如著名的Elber的裂纹闭合模型〔,,、Wheeler的塑性区模型〔,,、willenborg的有效应力模型〔,,、何庆芝的有效残余压应力模型〔。等,均未考虑推迟延缓效应,因而裂纹扩展速率的计算结果与实验结果有很大差别。实际上任何材料在过载作用后都存单一过载作用情况The ease of 51。酥e overloading 1盆助拓不盏,人冲.119矶bo民在推迟延缓效应,它是所有研究者在实验中都观察到的现象。 Matsuoka(松圆)模型〔幻考虑了这一效应,裂纹扩展速率的表达式为式中谧)。一c(△K一)。一c(U·“K,。一U·洲。一...  (本文共9页) 阅读全文>>

《航空材料》1981年01期
航空材料

疲劳裂纹扩展门坎值的预测

众所周知,在循环应力下,当金属的应力强度因子范围超过其门坎值么Kt、时,裂纹处于非稳定状态并开始扩展。因此,门坎值的测定在理论研究和工程应用上具有重要的意义。近年来,许多研究工作者开展了对不同金属和合金门坎值的测定“一4’并导出了一些经验公式和分析方程’5一3’。一、疲劳裂纹扩展门坎值的计算式 Field与Mille:LS’在研究不同预应变状态下HY100钢时,指出扩展开始时的裂纹张开位移(COD)以下式表之,色i=A已,(l+。)a,(一+n)(1)式中A为材料常数;。,为真实断裂应变;a,为材料的屈服强度和n为应变硬化指数. Weiss一与Lal‘“’推导出六种材料的门坎值△K:、。(R二o)的经验公式为: △K“:、。=1 .5(0 .IE)“p(2)式中p为一常数,等于250人,并称为Neber显微支承效应常数(miero一support effeeteonstant), Radhakrishnan L7’近期在对疲劳裂...  (本文共5页) 阅读全文>>

《航空材料》1978年04期
航空材料

金属疲劳裂纹扩展形式和过程的研究

金属疲劳断裂,是指金属材料在低于拉伸强度极限的交变应力反复作用下缓慢发生的疲劳裂纹,经逐步扩展后导致突然破坏的断裂。根据交变载荷(应力)振幅的大小,一般可分为应力和应变疲劳,或称高循环和低循环疲劳。 疲劳问题的重要性,不但在于绝大多数工程零件(估计约占90帕)的提前破坏属于疲劳断裂,而且因为疲劳裂纹的产生和扩展,往往在很低的交变应力下缓慢地进行,在人们尚未察觉之前,就已达到一定长度而导致零件的突然破坏,造成灾难性的后果.因此,疲劳断裂的分析研究受到很大的重视,自十九世纪中叶以来,国外对它进行了广泛的试验研究,并已取得很大成就。但是,关于金属疲劳裂纹扩展的形式和过程,裂纹产生和扩展的机理等一系列基本问题,至今仍然没有完全搞清楚。 关于金属疲劳裂纹扩展的形式和过程,国外存在一些不同的看法。一961年Forsyth〔‘〕提出延性材料光滑试样的疲劳裂纹扩展分为I、I两个阶段(图1),前者沿与应力轴成45。的结晶学平面扩展,后者沿垂直应力...  (本文共11页) 阅读全文>>

《航空材料》1978年06期
航空材料

金属疲劳裂纹扩展规律及其微观机制(中)

二、疲劳裂纹扩展的力学方程 远在本世纪三十年代中期,人们已认识到疲劳裂纹是工程设计中的一个严重问题。Deforest等口2〕为了确定疲劳裂纹出现后金属的剩余寿命,首次开展了一项探索裂纹扩展的研究工作。此后,人们对疲劳裂纹扩展过程进行了大量的试验与理论分析,建立一些半经验式和解析式力学方程,有的已应用于零件与结构的实际寿命的估算中。 1.早期的裂纹扩展公式 表3列出了一些早期的疲劳裂纹扩展的半经验公式〔43〕。这些公式在一定试验条件下是适用的,并表示出积累损伤。这些公式基本上可分为下列三种类型:、,矛、./12了、r‘、一C;(a)“二CZa,,,ana一Na曰d一d‘ddN da dN=C3 f(K)(3)式中Cl、CZ、C3为材料常数,m与n为与载荷、结构有关的指数。在上述三种类型的公式中,公式(3)由于采用了与应力和裂纹长度有关的应力强度因子(K),目前已得到普遍应用。其中在工程设计的寿命估算中应用较多的是人表3疲劳裂纹扩展...  (本文共10页) 阅读全文>>