Chiocca A, Pedranz M, Zanini F, et al. Application of the Effective critical plane approach for the fatigue assessment of ductile cast iron under multiaxial and non-proportional loading conditions [J]. International Journal of Fatigue, 2024, 192: 108716.
Chiocca, Andrea, et al. " Application of the Effective critical plane approach for the fatigue assessment of ductile cast iron under multiaxial and non-proportional loading conditions." International Journal of Fatigue 192 (2024): 108716.
Chiocca, A. T., Pedranz, M., Park, J., & Zanini, F. (2024). Application of the Effective critical plane approach for the fatigue assessment of ductile cast iron under multiaxial and non-proportional loading conditions. International Journal of Fatigue, 192, 108716.
背景简介
随着能源行业的扩张，球墨铸铁（DCI）的重要性不断提高。这种铁合金具备特殊性能，例如低熔点和良好的流动性，从而具有良好的铸造性，使制造商能够设计和生产复杂的大型部件。例如，风机的特定部件、核废料储存容器、水泥生产组件和台式压机的部件。与部件的大尺寸相关的较长凝固时间会导致铸造缺陷，例如微收缩孔隙，这会影响材料的机械响应。此外，这些部件通常承受多轴和时变载荷，因此需要合适的多轴疲劳标准，从而实现安全设计。
成果介绍
（1）ECP方法涉及评估以关键位置为中心的小体积内的平均应力-应变场，然后根据先前得出的平均张量计算临界平面因子。在完全三维几何的情况下使用小球体，而对于二维几何，则使用圆形区域。该控制区域的半径 （即控制半径） 被假定为特定于材料的，并通过拟合程序确定。为了说明该方法与现有方法相比的有效性，本文选用两个常用的CP参数，即Smith-Watson-Topper和Fatemi-Socie CP因子，对ECP方法进行了解释性概述。然后，利用不同缺口球墨铸铁试件在不同载荷条件下的疲劳试验数据，研究了最优控制半径，验证了所提方法在估计疲劳寿命方面的预测能力，该方法的校准阶段和预测阶段工作流程如图1所示：
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图1 ECP方法工作流程表示：（a） 校准阶段，（b） 预测阶段
（2）如图2所示，根据疲劳寿命的存活率（P10%，P50%和P90%）建立校准曲线，当得到的曲线呈现最小的分散性时获得通过校准后的控制半径得到的ECP因子(SWT模型的TECP=1:1.25，FS模型的TECP=1:1.17)，在获得最佳控制半径和设计曲线后，可以分析受不同载荷条件影响的其他缺口几何形状，通过校准后的缺口集合形状获得ECP因子（SWT模型的TECP=1:1.8，FS模型的TECP=1:2.03）。
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图2 （a）借助控制半径获得的SWT模型ECP因子；（b）借助控制半径获得的FS模型ECP因子；（c）借助缺口几何形状获得的SWT模型ECP因子；（d）借助缺口几何形状获得的FS模型ECP因子
（3）图3借助SWT因子和FS因子预估疲劳寿命，从图中可以看出基于SWT因子的寿命预测结果基本全部位于3倍分散带内，而基于FS因子的寿命预估结果部分位于3倍分散带外，因此基于SWT模型的EPC方法更适合描述该材料的寿命分布情况。
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图3 使用SWT和FS临界平面因子确定的不同缺口几何形状和载荷条件的预期疲劳寿命和实验疲劳寿命比较
致谢
这项工作得到了意大利大学与研究部 （MUR） 的支持，得到了 Consiglio Nazionale delle Ricerche （CNR） 和 Fonderie Ariotti SpA 的资助。本文第一作者和通讯作者：Chiocca Andrea（University of Pisa）。
本期小编 华飞龙（整理）
闵 琳（校对）
舒 阳（审核）
董乃健（发布）
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