基于CJP模型的疲劳裂纹扩展率曲线及应用方法

利用数字图像相关技术开展工业纯钛5种不同高宽比CT试样的疲劳裂纹扩展率试验,分别采用传统应力强度因子范围ΔK和基于CJP模型理论框架的新应力强度因子范围ΔKCJP对数据进行分析,得到的da/d N-ΔK和da/d N-ΔKCJP曲线均有效反映了试验数据分布规律,具有良好的拟合效果。相较于传统参量ΔK,ΔKCJP直接由裂尖位移场求解,无需进行修正即可用于材料疲劳裂纹扩展率描述,具有与CT试样高宽比无关的特性;作为ΔKCJP的两个组成参量,ΔKF、ΔKR与传统ΔK数据间均呈现出某种总体变化趋势,分别可用二次多项式和线性方程表征。构造了ΔKCJP与ΔK的关联函数,并由此推导出ΔKCJP表达式,为da/d N-ΔKCJP曲线在材料与结构的失效分析和安全评价中的应用提供了有效途径,拓宽了CJP模型的工程应用范围。

基于全场法的航空用Ti-2Al-1.5Mn钛合金疲劳裂纹扩展各向异性研究

准确定量表征航空用重要承载结构材料抗疲劳裂纹扩展能力是评估结构件服役寿命的基础。本研究针对航空用Ti-2Al-1.5Mn钛合金,沿着板材不同取向制备CT试样开展疲劳裂纹扩展速率试验,分别基于全场法及传统方法定量表征了裂纹扩展各阶段应力强度因子幅ΔK。结果表明:疲劳裂纹扩展速率da/d N-ΔK关系及裂纹扩展路径显著受到材料取向的影响。相比于传统表征应力强度因子幅方法,全场法一方面能够直接考虑裂尖塑性变形引起裂纹闭合的影响,另一方面能够有效避免因裂纹扩展路径偏折带来的有效裂纹长度测量偏差,从而能准确获取有效应力强度因子幅。基于全场法的疲劳裂纹扩展应力强度因子幅表征具有广泛应用前景。