疲劳与断裂力学疲劳裂纹扩展.pptx

会计学第一节疲劳(píláo)裂纹的萌生与扩展机制二、疲劳断口形貌(xínɡmào)分析实际材料(cáiliào)的疲劳条纹：第二节疲劳(píláo)裂纹扩展分析构件的疲劳寿命由起始(qǐshǐ)和扩展二部分组成。
从起始(qǐshǐ)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。给定(ɡěidìnɡ)a，,da/dN；
给定(ɡěidìnɡ),a,da/dN。裂纹只有(zhǐyǒu)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＜0三、疲劳裂纹扩展(kuòzhǎn)速率FCGRParis公式(gōngshì)：da/dN=C(K)m一、基本(jīběn)公式得到(dédào):已知a0,ac,给定(ɡěidìnɡ)寿命Nc,估算在使用工况(R)下所允
许使用的最大应力Smax。解：1.边裂纹(lièwén)宽板K的表达式：K=1.12s(pa)1/25.估算(ɡūsuàn)裂纹扩展寿命Nc：
由裂纹扩展速率方程得：Nc=189500次循环“若疲劳寿命完全由裂纹(lièwén)扩展所贡献，则S-N曲线可由da/dN-K关系获得且指数与Paris公式相同”。

对于含有缺陷或裂纹(lièwén)的焊、铸件，是非常符合的。讨论3：Miner理论用于裂纹扩展(kuòzhǎn)阶段此即Miner理论。若不计加载次序影响，Miner理论也可用于裂纹扩展(kuòzhǎn)阶段。例2中心(zhōngxīn)裂纹宽板，作用应力max=200MPa,
min=20MPa。Kc=104MPa,工作频率0.1Hz。
为保证安全，每1000小时进行一次无损检验。
试确定检查时所能允许的最大裂纹尺寸ai。
[da/dN=4×10-14(K)4m/c]3、尺寸(chǐcun)ai的裂纹,在下一检查期内不应扩展至ac。
本题m=4,由裂纹扩展方程有：如：检查时发现裂纹(lièwén)ai=10mm,
若不改变检查周期继续使用，则应满足：4)计算任一时刻的裂纹长度ai及其对应Ki。
ai=ao+ai,(i=1,…n)
6)假定在ai-1-ai内，da/dN不变，且：

裂纹增长ai的循环数：

与ai对应的累计循环次数Ni为：K是控制da/dN的最主要因素。
平均应力、加载频率、环境等的影响较次要，但有时(yǒushí)也不可忽略。1、平均(píngjūn)应力或应力比的影响R＞0的情况(qíngkuàng)Forman公式常用于预测应力比的影响。R增大，裂纹扩展速率增大，与试验观察(guānchá)是一致的。但是，在高温或腐蚀环境下，频率及波形对da/dN的影响(yǐngxiǎng)显著增大，是不容忽视的。腐蚀(fǔshí)介质作用下，裂纹可在低于K1C时发生扩展。试件加载到K1，置于腐蚀(fǔshí)介质中。记录裂纹开始扩展的时间tf。(da/dN)CF与K的关系(guānxì)如图，可分为三类：目的(mùdì)：测定材料的da/dN-DK曲线二、试样(shìyànɡ)三、试验(shìyàn)方法2、K增加(zēngjiā)试验法3、K减小试验(shìyàn)法一、超载迟滞(chízhì)效应
在恒幅应力循环中，引入一次高应力作用，随后又以原先的恒幅应力循环，则在超载应力以后的裂纹扩展速率将显著变慢，直到经相当的循环次数以后，才又慢慢地恢复到原先恒幅应力循环时的水平，这就是超载迟滞(chízhì)效应（OverloadDelayEffect）。Wheeler设想，在一次超载时，裂纹前缘由于受到高应力而形成一个很大的塑性区。
这个塑性区在随后的卸载下，由于周围弹性区的影响，具有残余压应力。
接下去的基准应力（Baselinestress）造成的裂纹扩展只能在这个大的原塑性区域范围内进行。由于基准应力中的一部分要用于克服此区域内的残余压应力，从而穿过此塑性区域的裂纹扩展速率(sùlǜ)降低。
当裂纹穿过了由一次超载应力（OverloadStress）造成的残余压应力区域以后，就又以正常的速率(sùlǜ)扩展了。在如图符号(fúhào)下，由于一次超载引起的裂纹扩展速率为：
Wheeler建议：

其中：m是一个(yīɡè)材料常数，，，
即为基准应力下小范围屈服区尺寸。在裂纹穿过超载引起的塑性区的过程中是变化的：

（1）紧接一次超载之后，这时为最小，即迟滞效应最大。

（2）当裂纹扩展(kuòzhǎn)到时，最大，这时裂纹摆脱了超载迟滞而恢复正常扩展(kuòzhǎn)。也是由线弹性小范围(fànwéi)屈服模型算出来的：Wheeler公式有明显的弱点：
（1）m不好算，要通过实验确定，而且同一材料受不同载荷谱m不同。
（