[发明专利]适用于负应力比的基于低周疲劳性能参数的裂纹扩展速率预测方法

摘要

本发明公开了一种适用于负应力比的基于低周疲劳性能参数的裂纹扩展速率预测方法，采用低周疲劳试验数据拟合出低周疲劳参数，与材料不同应力比门槛值共同代入模型公式，可预测裂纹扩展速率。本发明方法克服了现有基于疲劳裂纹扩展速率试验、门槛值试验的裂纹扩展速率预测方法，昂贵、耗费时间长的缺点；此外更为重要的是本方法预测的结果与实验数据更加相符、准确；即使是难以有效、准确预测的负应力比的情况，本模型的预测效果也十分准确。本发明对于航空航天、核电、管道、高速铁路等关键重大工程广泛存在的疲劳裂纹扩展速度预测、剩余寿命预测具有重要的意义。

主权项

1.适用于负应力比的基于低周疲劳性能参数的裂纹扩展速率预测方法：通过材料低周疲劳试验获得应力数据、应变数据和对应试样的循环寿命，拟合出低周疲劳性能参数，最后进行裂纹扩展速度的计算，其简要过程包括：(1)被测试样按照一般试验方法进行低周疲劳试验，可以得出7个低周疲劳性能参数：循环强度系数K'，循环应变硬化指数n'，疲劳强度系数σ'f，疲劳强度指数b，疲劳延性系数ε'f，疲劳延性指数c，循环屈服强度σyc；利用以上参数代入式可得出被测试样的低周循环寿命ΔN与应力强度因子ΔK之间的关系；式中：σm为平均应力，可由σm＝(σmin+σmax)/2得到；ΔKth为裂纹扩展门槛值，其在不同应力比下可以通过下式得到上式中，ΔKth,0为应力比为0时的裂纹扩展门槛值，通过材料的裂纹扩展门槛值测定试验得到；a为裂纹长度，aH为裂纹长度增量，R为应力比，ΔKth,R为应力比为R时材料的裂纹尖端应力强度因子门槛值，均通过试验过程中的数据记录得到；Cth为用于Pairs公式中的材料常数，P为材料拟合常数，不同材料P不同，同一种材料不同应力比P相同，该三项系数取经验值；f为闭合函数，可以通过以下二式得到：式中，Y是与试样形状有关的几何因子，α是约束因子，σmax为试样低周疲劳试验过程中最大应力；(2)将(1)所获的闭合函数f代入下式获得等效应力强度因子ΔKeff与应力强度因子ΔK之间的关系；(3)将(1)、(2)中所获的ΔN，ΔKth，ΔKeff代入下式计算得到裂纹扩展的速率da/dN：