疲劳裂纹扩展规律Paris公式的一般修正及应用

介绍了疲劳裂纹扩展规律Paris公式及其与传统应力疲劳S-N曲线的关系,分析了计算疲劳裂纹扩展寿命的一般过程。阐述了当前Paris公式在工程中的一般修正,具体描述了不同的修正形式及其主要特征,简要介绍了Paris公式在弹塑性断裂力学和连续损伤力学中的修正及应用。各种应用实践表明,对于不同要求的工程问题要采用相应的修正形式。

广义Paris公式预测沥青路面的疲劳寿命

重复作用的交通荷载可以在路面沥青混合料细微缺陷或裂缝的尖端造成应力集中并以复杂的形式自上而下扩展,最终导致路面的疲劳开裂破坏.本文应用断裂力学的原理探讨沥青路面疲劳寿命的预测方法.计算与分析表明:广义Paris公式可以考虑沥青路面结构内材料复杂的裂缝扩展;沥青面层的疲劳寿命随着面层厚度的增加以近似线性的幂函数的形式增加;另一方面,沥青面层的疲劳寿命随着面层材料模量的降低以负指数的幂函数的形式增加.

混凝土单轴拉伸疲劳试验中Paris公式参数的确定

针对以往确定Paris公式中的参数C,m值,需要求得很多的参数,或经过复杂的试验得出试验数据进行分析,提出通过对抗压强度进行反演分析,得到原始裂纹及孔隙总面积,根据断裂力学中圆裂纹的应力强度因子表达式,把应力强度因子转化为试件所受应力,利用素混凝土单轴拉伸疲劳试验数据,求得C,m值.分析表明:参数值随应力水平的变化较大;m值变化即使在同一个数量级内,也会导致C值在多个数量级内的变化;最大应力水平为0.7时,解出的参数值比较可靠.

杂质磷对单晶硅微结构疲劳特性的影响——基于Paris公式的分析

硅基微机电系统中的单晶硅微结构常工作于循环加载状态,易发生疲劳失效。单晶硅微结构疲劳寿命的分散度较大,难以根据不同掺磷浓度试样的疲劳寿命测试数据对比分析出杂质磷对单晶硅微梁弯曲疲劳特性的影响规律,针对此问题进行研究。设计一种弯曲测试结构,该结构可同时对四根微梁进行疲劳测试;设计一种简易的弯曲测试装置,该装置在满足测试精度的同时有效地控制了成本。用各向异性湿法工艺制备6组不同掺磷浓度的试样,并在常温空气环境中对试样进行弯曲疲劳测试。基于Paris公式建立一种微结构疲劳寿命预测的概率模型,用模型对测试数据进行拟合计算,得到材料常数C和n。C随掺磷浓度降低近3个量级,而n增量较小,表明C的变化占主导。所以疲劳裂纹扩展速率有随掺磷浓度增高而降低,这可为硅基微机电系统的疲劳可靠性设计提供有价值的参考。

用Paris公式处理含表面裂纹抽油杆疲劳断裂问题的研究

对使用公式处理含表面裂纹圆柱杆时（△K）的关系特征进行了分析，证明此式用于该类构件是合适的，并提出了相应材料常数C、m的一种确定方法。对不同应力强度因子系数在该方面的差异进行了讨论。为抽油杆柱疲劳断裂寿命分析的工程应用提供了依据。

采用Paris公式描述缺口表面裂纹扩展速率的条件

通过两种材料的缺口表面裂纹扩展规律的实验研究和非线性有限元的数值计算,指出只有当缺口裂纹冲出缺口的非线性应力场,由线弹性断裂力学所确定的应力强度因子成为裂纹扩展的驱动力时,Paris 公式方可用于表征缺口表面裂纹扩展速率.为工程应用需要,提出当 n′>0.2和表面裂纹长度2c>1mm 时,Paris 公式可以应用于描述缺口表面裂纹的扩展速率.

对裂纹扩展规律Paris公式物理本质的探讨

首先讨论了著名力学家K.Krausz和A.S.Krausz关于Paris公式物理本质研究的成果,从材料的微观结构和裂纹尖端的应力场出发,应用位错动力学理论、热激活能理论和速率过程理论对疲劳裂纹扩展规律进行了微观到宏观的探讨,最终推导出疲劳裂纹扩展速率的一个解析表示式.该式严格地定义了Paris公式的两个试验常数,赋予了Paris公式明确的物理意义,从而真实地揭示了Paris公式的物理本质,为这一经验的普遍规律奠定了理论基础.

Paris公式在农业机械实体性贬值中的应用

农业机械在长期的农业生产中,不可避免地存在磨损与故障,所以对于农业机械的价值评估是很有必要的。在进行设备评估时,仅通过观察法不能准确地评估设备价值。文章通过Paris公式研究设备表面裂纹的扩展规律,准确计算出设备的剩余寿命,进一步得出设备的实体性贬值,能够准确评估设备价值。

基于比例型Paris公式和逆高斯过程的金属疲劳裂纹扩展随机模型

疲劳失效是金属构件的主要失效方式之一,该文针对金属疲劳裂纹扩展过程中的不确定性,以“首次达到给定裂纹长度a的时间t(a)”为随机描述量,采用比例型Paris公式描述裂纹的平均扩展路径,建立基于逆高斯过程的单样本疲劳裂纹扩展随机模型和考虑样本异质性的裂纹扩展随机效应模型,分别采用最大似然估计法(MLE)和最大期望算法(EM)推导了单样本模型和随机效应模型的参数估计公式。最后,利用提出的裂纹扩展随机模型拟合了68个铝合金板的疲劳裂纹数据,对结果进行了拟合优度分析。结果表明:该文提出的疲劳裂纹扩展随机模型能够有效地分析和解释金属疲劳裂纹扩展过程中的不确定性。

Paris公式在起重机疲劳断裂中的研究与应用

起重机部件的疲劳断裂对安全生产具有严重的破坏,运用了Paris公式,研究提出了起重机的疲劳裂纹扩展试验,用于预测起重机部件的工作寿命。通过在疲劳试验机上进行疲劳裂纹扩展试验,采用AFGROW软件进行模拟疲劳裂纹的发展,对起重设备部件进行了疲劳仿真,对设备的工作寿命进行了预测,有效的预防生产事故的产生。

Q345钢疲劳裂纹扩展Paris公式中参数的统计分布

针对Q345钢疲劳裂纹扩展Paris公式中两个材料参数的不确定性问题,基于恒幅载荷下Q345钢疲劳裂纹扩展速率批量试验中所获得的裂纹扩展长度与疲劳循环次数等数据,采用七点递增多项法对试验数据进行分析整理。采用最小二乘法对Paris公式进行拟合,给出该公式中两个材料参数值的随机数,并引入概率统计方法对其分布类型进行研究。结果表明,Q345钢疲劳裂纹扩展Paris公式中两个材料参数值的最佳分布类型均为正态分布,正态分布能较好地表征出Q345钢材料参数值的分布特性,为Q345钢制工程结构疲劳裂纹扩展寿命的可靠性研究提供理论参考。

用Paris公式进行疲劳寿命计算的逐次计算法

本文给出了用Paris公式在计算机上进行金属构件疲劳寿命的逐次计算方法。作为算例,计算了中板厂φ1800支承辊的断裂寿命。此法可作为金属构件疲劳强度设计及校核的参考。

TA17钛合金板状连接件的疲劳裂纹扩展行为研究

TA17钛合金是航空航天等工程中重要的结构材料,其疲劳裂纹扩展性能直接影响整体结构的安全性和完整性。本文基于Cr2Ni2MoV钢材紧凑拉伸试样斜裂纹疲劳裂纹扩展的试验结果,验证了ABAQUS软件XFEM模块用于分析平面应力状态下疲劳裂纹扩展的有效性,然后采用XFEM模块分析了TA17钛合金及其连接件的疲劳裂纹扩展性能。结果表明降低最大荷载、减小加载比和采用长圆孔型均可有效提高TA17钛合金连接件的疲劳寿命。采用XFEM模块可以预测连接件疲劳寿命的S-N曲线,预测TA17钛合金结构载荷增大33.3%,疲劳寿命减小为原来的1/4,可为工程疲劳设计提供参考依据。

邮轮舷窗裂纹扩展研究与疲劳可靠性分析

为了研究裂纹对邮轮舷窗结构产生的影响,该文首先使用有限元软件复现了其他研究中关于舷窗结构角隅处裂纹扩展的实验,验证了研究方法的可行性;然后构建了2类舷窗结构模型,利用裂纹扩展软件探讨了舷窗结构角隅处裂纹在不同因素作用下的扩展特性,并计算了含裂纹舷窗结构的抗压极限强度;最后从断裂力学角度,依托改进的Paris公式提出了舷窗结构的极限状态函数,使用蒙特卡罗法计算了不同条件下结构的失效概率与可靠性指标。研究结果对邮轮设计有一定的参考意义。

高强度马氏体不锈钢的小能量冲击疲劳行为研究

随着钻具失效的不断发生,越来越多的研究者进行服役工况下钻具失效-断裂行为的机理研究。在服役过程中钻具受到复杂载荷的作用,既有静载荷也有大能量单次冲击载荷和小能量多次冲击载荷,小能量多次冲击载荷会造成材料冲击疲劳。研究了新型高强度马氏体不锈钢在不同冲击能量下的材料的冲击疲劳失效行为。结果表明,材料的冲击疲劳寿命的影响因素主要是加载的冲击能量,即冲击能量越高材料的冲击疲劳寿命越低,但冲击能量的变化不会改变材料的断裂形式。在疲劳裂纹萌生阶段,冲击能量的提高可使裂纹快速萌生。在疲劳裂纹扩展阶段,冲击载荷作用于裂纹尖端并使裂纹逐渐扩展。最后,建立了裂纹长度a与循环周次N的函数关系,计算了裂纹的扩展速率。

基于Verhulst模型的疲劳裂纹扩展公式

根据 dadn-ΔK 的关系曲线与Verhulst模型曲线的对应关系 ,导出了基于Verhulst模型的两个疲劳裂纹扩展公式 ,对工程实例的计算表明 ,导出的公式适合 dadn-ΔK 的关系曲线的整个区域 ,精度较高。

一种含独立材料参数的Pairs公式疲劳评估概率模型

为了完善船海工程结构疲劳可靠性评估,弥补Paris公式概率模型在理论和应用上的不足,提出了一种含独立材料参数的Pairs公式的疲劳评估概率模型。基于修正的Paris公式da/dN=C0(△K/K0)^m,应用数理统计理论推导了材料参数C0和m不相关的条件,并根据不相关条件确定K0的值,得到一个材料参数相互独立的Paris公式。通过Ni-Mn-Cr-Mo钢疲劳裂纹扩展速率试验,获得了材料参数的分布特性和特征值,建立疲劳评估概率模型,并验证其正确性。应用该模型对船体板格单元的疲劳可靠性进行分析,给出了不同疲劳寿命下的失效概率。研究表明,这个含独立参数的Paris公式概率模型,避免了疲劳可靠性计算和Monte Carlo仿真中由于参数相关而出现的问题;利用该模型分析船体结构疲劳寿命,计算准确可靠,对于结构耐久性和损伤容限设计、在役安全评价等有重要的参考价值。

GH3230镍基高温合金的循环热震裂纹扩展行为

为了研究航空发动机火焰筒材料循环热震裂纹萌生扩展机制,采用自主搭建的水冷热震试验设备开展了GH3230镍基高温合金V型缺口平板试样的循环热震试验,峰值温度分别为800、900和1000℃。并采用有限元方法计算了裂纹尖端的应力场,最后基于Paris公式建立了不同峰值温度下GH3230镍基高温合金循环热震裂纹扩展速率模型。结果表明:随着峰值温度升高,循环热震裂纹萌生寿命逐渐降低,裂纹扩展速率加快,次裂纹的长度和深度也随之增加。随着裂纹的扩展,主裂纹尖端应力强度因子逐渐增加。次裂纹的存在会降低主裂纹尖端应力强度因子,但影响较小。Paris公式可以很好地描述循环热震裂纹扩展速率与裂尖应力强度因子幅值之间的关系。

紫外老化对抗燃油沥青混凝土抵抗疲劳开裂性能的影响

以埃塞俄比亚亚的斯亚贝巴BOLE机场改扩建项目为背景,对AC-13型沥青混凝土进行配合比设计,加入抗燃油剂并确定最佳掺量.基于单轴重复直接拉伸试验研究紫外老化对抗燃油沥青混凝土疲劳开裂性能的影响.结果表明:(1)PR AK抗燃油改性剂的最佳掺量为0.6%;(2)计算得到了修正Paris公式参数n_(J_R),说明抗燃油沥青混合料具有较强的抵抗疲劳开裂能力;(3)紫外老化对抗燃油沥青混凝土疲劳开裂性能的影响较为有限.