Statistical Analysis Methods of Fatigue Crack Growth Rate

The standard center-cracked tensile specimens M （T） with different widths made of aluminum alloy were designed for fatigue crack growth rate experiments, and the effect of specimen size on the fatigue crack growth rate was discussed. The firing equation and the p-da/dN-△K curve of fatigue crack growth rate （with different confidence and reliability levels） were obtained by one-side tolerance factor analysis. In order to reasonably reflect the dispersion of material properties on the fatigue crack growth rate and fatigue crack propagation life, two novel statistical analysis methods were proposed, which can be used to describe the probability distribution of fatigue crack growth rate. Compared with the traditional statistical analysis method of probabilistic fatigue crack growth rate, the fitted curves from the novel statistical analysis methods yield more objective description on the probability distribution of crack growth rate.

列车制动系统杠杆螺栓用17Cr16Ni2不锈钢疲劳裂纹扩展规律

针对Paris幂律方程计算获得的疲劳裂纹扩展速率在扩展后期小于真实值的问题,以列车制动系统杠杆螺栓用17Cr16Ni2不锈钢为研究对象,进行空气中以裂纹尖端应力强度因子范围△K为驱动参量的疲劳裂纹扩展速率da/d N试验研究,建立相应的da/d N-△K曲线方程,并采用扫描电镜观察分析试样断口。结果表明:有效da/d N相应的△K近似为16~90 MPa·m^(1/2),当△K约为16~72 MPa·m^(1/2)时,da/d N-△K数据分布可以较好地用Paris幂律方程表达;当△K约为72~90 MPa·m^(1/2)时,由于驱动力越来越大,试样裂纹尖端附近因屈服区过大而不满足Paris幂律方程所要求的小范围屈服条件,使得da/d N-△K数据逐渐偏高于Paris幂律方程曲线;在整个有效△K内,da/d N-△K数据分布可用递增多项式表达;在疲劳裂纹扩展后期,试样断口呈现大量撕裂棱、二次裂纹、疲劳辉纹等微观特征,表明裂纹尖端附近应力越来越大,致使其附近塑性区也越来越大,不再满足小范围屈服要求,从微观上佐证了疲劳裂纹扩展后期用断裂力学法计算的塑性区因过大而不满足Paris幂律方程要求的结果。

近门槛区裂纹扩展曲面族的优化构建

描述裂纹扩展规律使用较广泛的是Paris公式,但对于接近裂纹扩展门槛值的数据点已不再适合用Paris公式。在本文中采用Donahue的三参数幂函数表达式描述da/dN-ΔK曲线。通过线性拟合相关系数的优化确定其中的3个系数,并得到拟合的裂纹扩展理论门槛值。采用弦截法进行优化求解,该方法具有收敛快、精度高的特点。根据裂纹扩展门槛值与应力比之间的关系,结合应力比对裂纹扩展速率影响的特点,提出了根据一组恒载下的裂纹扩展试验数据,构建变幅载荷下的P-R-da/dN-ΔK曲面族的方法,所构建的曲面族可为变幅和随机载荷作用下结构的疲劳断裂可靠性分析提供依据。

桥梁钢Q345焊接接头疲劳裂纹扩展速率研究

对桥梁用钢Q345焊接接头疲劳裂纹扩展性能进行了试验研究。测得对接接头的硬度分布,结果表明,焊接接头焊缝中心处的硬度值较低,在热影响区的重结晶区存在硬度最高点,而在部分重结晶区存在硬度最低点,硬度最低点为对接接头的薄弱区。通过疲劳裂纹扩展速率测试,得到其对接接头不同区域的疲劳裂纹扩展a-N曲线以及lg(da/dN)-lgΔK曲线。分析对比对接接头各区域的疲劳裂纹扩展速率lg(da/dN)-lgΔK曲线可知,在同一应力水平下,对接接头不同部位的疲劳裂纹扩展速率不同,热影响区的扩展速率较快,母材次之,焊缝金属最慢。并通过疲劳断口和焊接接头的显微组织,分析了其疲劳裂纹扩展速率不同的原因。