【正文】 件 ?K= f(a0)?? ＜ ?Kth 臨界裂紋尺寸 Kmax=Kc ac=(1/p)(Kc/f?max)2 48 ?????????=)l n ()(1]11[)()(100aafCaamfCNCmmCmmCp?p?m=2 m?2 3） Paris公式： da/dN=C(?K)m 在恒幅循環(huán)載荷作用下，積分后有 ： 4）初始裂紋尺寸 a0對壽命影響很大，要控制 a0。 5） R ， da/dN ；頻率 ， da/dN ； 腐蝕環(huán)境下 da/dN增高； 高溫、腐蝕環(huán)境下，加載頻率影響增大。 49 6）基本疲勞分析方法的比較 應(yīng)力疲勞法 應(yīng)變疲勞法 斷裂力學法 方 法 S＜ Sy； N＞ Nt SmN=C。 Sa/S1+Sm/Su=1 D=?n/N=1 相對 Miner理論 NA=NB 無限壽命設(shè)計 S＜＝ Sf ?(n/N)B ?(n/N)A S＞ Sy； N＜ Nt ?a=?a/E+(?a/K39。)1/n39。 ??=??/E +2(??/2K39。)1/n39。 Neuber曲線 : ????=Kt2?S?e ? ? ? a ea pa = + = ? ? f b f c E N N ? + ? ( ) ( ) 2 2 S＜ Sy。 rp＜＜ a, 裂紋不擴展 ?K＜ ?Kth 臨界裂紋： Kmax=Kc Paris公式： da/dN =C(?K)m 50 應(yīng)力疲勞法 應(yīng)變疲勞法 斷裂力學法 優(yōu) 點 材料參數(shù) 少，易于 獲取 。 分析方法 簡單。 有大量的 數(shù)據(jù)積累 力應(yīng)變響應(yīng)。 序影響。 分析。 蠕變 混合分析。 展。利于控制 較好物理解釋 傷，檢查周期 使用載荷等， 以保證安全。 51 應(yīng)力疲勞法 應(yīng)變疲勞法 斷裂力學法 缺 點 1. 經(jīng)驗性，不 考慮裂紋。 2. 材料參數(shù)與 試件幾何、 載荷形式有 關(guān)，通用性 較差。 3. 缺口效應(yīng)難 于分析 。 1. 分析計算 較復(fù)雜。 2. 只考慮裂 紋萌生。 3. 缺口分析 過于偏保 守。 1. 不研究裂紋起 始。 2. a0往往難于估 計。 3. 構(gòu)件幾何復(fù)雜 時難算 K。 4. LEFM不滿足 時要用 EPFM. 52 應(yīng)力疲勞法 應(yīng)變疲勞法 斷裂力學法 應(yīng) 用 1. 長壽命構(gòu)件 如傳動軸、 彈簧、齒輪 等。 2. 高強材料 , S＜ Sy, ac小 3. 初步設(shè)計估 算。 4. 與 LEFM一 起作全壽命 分析。 1. 構(gòu)件 N小， 塑性應(yīng)變大 如低強結(jié)構(gòu) 鋼缺口件。 2. 高溫、大應(yīng) 變情況。 3. 高應(yīng)力集中 情況。 4. 與 LEFM一 起作全壽命 分析。 1. 大型，重要結(jié) 構(gòu)件，如飛機 結(jié)構(gòu)，核反應(yīng) 堆，壓力容器 2. 預(yù)先有裂紋存 在的結(jié)構(gòu)，如 大型焊、鑄件 3. 尖缺口壽命。 （近似裂紋） 53 summary Fracture mechanics approaches provide an estimate of the crack propagation fatigue life. The fatigue crack growth rate can be related to the stress intensity factor range. From this, cycles to failure may be calculated. The fatigue life estimate is strongly dependent on the initial crack size, ai , large changes in the estimate of the final crack size, ac, result in only small changes in the life estimate. 54 問題 2：變幅載荷作用次序 ， 對 da/dN有 何影響；如何解釋、預(yù)測其影響？ 問題 1：裂紋尖端的應(yīng)力有奇異性。 裂尖應(yīng)力 ??， 至少也大于 ?ys 。 那么，為什么會有 ?Kth存在？ Schijve的 實驗結(jié)果 : 2024T3鋁 , .施加了三次高載后，壽命延長 4倍。 a (mm) 100 50 10 5 0 10 20 30 40 4 2024T3鋁 N(10 ) t ? 55 疲勞裂紋擴展速率的實驗數(shù)據(jù)處理 (第四次上機 ) 目的：確定 14MnNbq橋梁鋼擴展速率曲線 da/dN=C(?K)m。 試樣 : 中心裂紋板 (B=， W=)。 載荷條件：拉伸疲勞裂紋擴展試驗 R=， Pmax=24kN=const. ?P=。 56 14MnNbq疲勞裂紋擴展試驗結(jié)果 （試樣編號： SPA10R0001，試驗日期 ） i ai Ni(103) i ai Ni(103) 0 700 10 2300 1 900 11 2400 2 1100 12 2500 3 1300 13 2550 4 1500 14 2600 5 1700 15 2640 6 1900 16 2660 7 2021 17 2680 8 2100 9 2200 57 說明： 用割線法確定 (da/dN)i： 對應(yīng)的平均裂紋長度： 應(yīng)力強度因子幅度： 對于中心穿透裂紋（ MT）試樣，標準規(guī)定 : (2a/W) 式中： ?P=(1R)Pmax， 。 要求 ：用最小二乘擬合給出 Paris公式中的 C、 m值，并計算相關(guān)系數(shù)。 iiiii NNaadNda=++11)(( )1 /2iia a a+=+2s e c2p?p?WBPKi?=?Wa /2=?58 請準備上機作業(yè) 本章完 再見！ 返回主目錄