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科研进展
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应力比影响疲劳裂纹扩展行为研究综述及新模型
发表时间:2015-07-29 阅读次数:1882次

        自断裂力学方法运用到疲劳研究以来,疲劳裂纹的扩展大多以Paris形式描述。人们对应力比R影响疲劳裂纹扩展行为的研究发现,R的影响与载荷水平(或裂纹扩展速率水平da/dN)有关,尤其是在疲劳裂纹扩展的近门槛值区,裂纹扩展行为对R的变化非常敏感。多年来,人们讨论了R影响疲劳行为的微观机制,建立了诸多R与da/dN和疲劳门槛值DKth的关系式,并形成了两大方法体系,即,基于裂纹闭合的方法和基于疲劳裂纹扩展驱动力参数的方法,最终目的是为了得到统一的疲劳裂纹扩展行为。

        本研究在对R影响疲劳行为的研究结果进行文献综述的基础上,发现现有两大方法运用到特定的材料、R和载荷水平区间具有相同的效力;然而,独立地运用到近门槛值区裂纹扩展时,统一R的影响精度不足、不确定性较多。因此,本研究考虑综合采用两种方法来解决这一难题。

        本研究的主要研究内容及结论如下:

        提出了考虑裂纹闭合和裂纹扩展驱动力参数统一近门槛值区R影响疲劳行为的方法,基于Cr-Mo-V转子钢近门槛值区疲劳裂纹扩展数据,阐明了近门槛值区裂纹闭合区理论及其影响因素,构建了统一R影响的疲劳裂纹扩展行为描述模型,即,da/dN=C(f(R)×DKg(R))m。该模型预测da/dN和DKth精度较高,与试验数据符合性很好,并可以推广运用到同类Cr-Mo-V钢R影响的预测。

 

图1    构建统一R影响新模型示意图

 

图2    新模型预测Cr-Mo-V类钢的疲劳裂纹扩展行为

 

论文信息:Zhu M-L, Xuan F-Z, Tu S-T, Effect of load ratio on fatigue crack growth in the near-threshold regime: A literature review, and a combined crack closure and driving force approach, Eng Fract Mech 2015;141:57-77.