疲劳小裂纹理论及其应用

疲劳小裂纹扩展行为是结构耐久性和损伤容限设计中关心的重要问题。着重对疲劳小裂纹扩展的微观机制、解析描述进行了分析和讨论;并评述了疲劳小裂纹理论在全寿命预测、耐久性分析和裂纹形成/扩展分界等方面的应用。

基于小裂纹理论的GH4169高温合金的疲劳全寿命预测

将基于小裂纹理论的疲劳全寿命预测方法应用于恒幅载荷作用下的高温合金GH4169材料的全寿命预测。采用单边缺口试样研究了该合金在室温下应力比为0.1和0.5的自然萌生的小裂纹的起始和扩展行为,结果表明疲劳小裂纹均起始于试样表面夹杂,并且小裂纹扩展寿命占疲劳全寿命的大部分比例。在裂纹扩展速率da/d N低于10-5mm/cycle的区域,表现出明显的小裂纹效应。基于小裂纹和长裂纹的扩展数据,利用Newman裂纹闭合模型,获得了裂纹扩展的da/d N-ΔKeff基线数据。对高周疲劳试样的断口形貌进行观察,得到以材料夹杂尺寸作为初始裂纹尺寸的值ai。根据初始裂纹尺寸和裂纹扩展的基线数据,利用FASTRAN软件,对GH4169合金的疲劳全寿命进行预测,并用高周疲劳试验S-N数据对预测结果进行评价,预测与试验结果能够很好地吻合。

基于小裂纹扩展的耐久性分析和经济寿命预测方法

综述基于小裂纹扩展的耐久性分析和经济寿命预测方法。该方法将小裂纹扩展的ΔKeff理论与耐久性设计、分析的概念相结合 ,用于建立结构的损伤度变化曲线和预测结构的经济寿命。由于采用小裂纹理论 ,该方法不依赖载荷谱 ,而且能很好地考虑结构的实际形状、载荷谱以及三维小裂纹的实际状况对经济寿命的定量影响 ,从而克服现有耐久性分析方法的不足。同时 ,当上述因素改变时无需重新进行结构模拟试件的耐久性试验 。

基于小裂纹的2024-T3铝合金中心孔试样疲劳寿命预测

对2024-T3铝合金板材中心孔试样进行了疲劳裂纹扩展行为及寿命预测的理论和试验研究。采用疲劳条带与显微镜观测相结合的办法获得试样在块谱作用下孔边自然萌生裂纹扩展的a-N数据,并通过对断口的SEM观察获取试样的初始缺陷形状。利用基于裂纹闭合的小裂纹扩展分析程序FASTRAN3.9对试样a-N数据进行反推,建立了描述孔边裂纹细节原始疲劳质量的当量初始缺陷尺寸(EIFS)分布。以该分布为基础,采用FASTRAN3.9对试样进行了恒幅载荷下试样的中值疲劳S-N曲线的预测,预测结果与试验验证结果吻合较好。