引文格式：

背景简介

自第一次与疲劳失效相关的事故以来，结构部件的疲劳评估方法不断发展，以保护构件在复杂载荷条件下的结构完整性。其中，对由几何不连续引起的应力集中处的疲劳损伤进行评定是疲劳评估的关键，缺口、焊缝、沟槽、材料缺陷等类似特征是产生应力集中的源头，对机械元件的疲劳寿命有着重要的影响。随着时间的推移，几种方法已经被提出进行缺口部件的疲劳评估，其中一些方法在工业场景中已经建立并与技术标准相关联，还有一些方法更典型地用于理论和应用研究背景，例如缺口应力法(NSA)、临界距离理论(TCD)、应变能密度法(SED)和临界平面法(CP)等方法，在过去几十年中取得了显著的进展。所有上述方法都通过在给定的距离或体积上确定一个平均有效参数，用于疲劳寿命评估。

成果介绍

（1）Effective Critical Plane (ECP)方法使用一个小的过程体积，在这个过程体积上计算应力场的平均值。该过程体积的大小是一个材料参数，必须通过不同疲劳实验数据的最佳拟合程序来确定，其中控制半径是过程体积半径的第一选择。因此，至少需要两种不同的缺口试件几何形状(如图1a所示的两个试件将其理想化)。通过评估不同值的平均应力和应变张量(见图1b)，可以获得两种试样几何形状的FS和SWT ECP因子，如图1c所示。最后将不同载荷值对应的FS和SWT与不同载荷下失效的实验循环次数相关联(见图1d)，可以得到给定控制半径rc选择下的参考耐久性曲线，如图1e所示。

图1 方法流程与参考的两种试样的几何形状:有限元模拟和关键节点的识别(a)，平均应力和应变张量的计算(b)，有效CP系数作为控制半径函数的计算(c)，实验疲劳测试数据的使用(d)评估有效CP值和耐久性曲线(e)

（2）图2绘制了所有加载条件和应力比下的von Mises等效应力幅值。可以观察到，使用这种表示形式，数据分布较为分散，并且可以注意到由于应力比R和加载条件的差异，多轴加载条件下的试验显示出更高的疲劳强度。

图2 取自Susmel和Taylor的试验疲劳结果，对缺口试样在不同加载比R=−1，R= 0.1和R= 0的单轴(a) - (b)和多轴(c) - (d)同相和异相加载下测试的von Mises等效应力幅进行评估

（3）图3显示了所分析的所有实验数据的预测疲劳寿命与实验疲劳寿命。引入ECP因子后，在采用FS的情况下，预测疲劳寿命在保守侧和非保守侧均匀分布。相反，在使用SWT因子时，预测疲劳寿命更倾向于非保守侧。

图3结合ECP因子的预测与实验的失效循环次数

致谢

这项工作得到了欧盟NextGenerationEU (CN00000023)的资助。本文第一作者、通讯作者：Chiocca Andrea（University of Pisa）。

本期小编 华飞龙（整理）

王永杰（校对）

程　航（审核）

王永杰（发布）