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疲劳裂纹扩展新理论拟合验证与分析

齐岩  
【摘要】: 疲劳裂纹扩展理论研究在工程实践中具有非常重要的现实意义。实际中常用的各种疲劳研究模型诸如雨流法、均方根法等都是试图给出一个替代的荷载,然而由于其赖以为基础的等幅非对称荷载理论只是一些经验公式,其效果难如人意。 许忠勇从上个世纪90年代开始,从基本的力学观点出发提出了考虑惯性效应的疲劳裂纹扩展新理论,并在随后的研究中得到了等幅对称、非对称、随机荷载下疲劳裂纹扩展方程、扩展速率方程,并用国内的试验数据进行验证,在理论上似乎能自成体系。本文在已有的研究理论基础上,分析最优于等幅非对称荷载疲劳裂纹扩展方程,推广至变幅荷载情况,通过对国外试验数据的拟合分析,研究内容和研究结果如下: (1) m值概念的提出使得疲劳裂纹扩展理论研究与牛顿力学的基本定律和断裂力学概念相一致。把等幅载荷下的等效疲劳裂纹扩展方程推广到变幅和随机谱块作用下,不研究谱块内各个循环扩展的细节,而把其扩展量等效于一个等幅载荷的扩展量,这种处理方法的数学基础是积分中值定理,而用无穷大板应力强度因子表达式取代试件及结构裂尖的应力强度因子表达式则是抓住裂尖奇异性的主要特征,而将其差别淹没在待定系数中。 (2)本文用一个等幅非对称荷载下的疲劳裂纹扩展方程对变幅谱块作用下疲劳裂纹扩展的试验数据进行拟合,由拟合得到的理论值基本能够与试验值相吻合。因此我们可以定性的认为最优于等幅荷载的疲劳裂纹扩展方程也适用变幅荷载谱块。 (3)简单地从寿命预测结果来看,本文寿命预测比Npred/Ntest结果在1.00至1.10之间,而(Round Robin)实践活动的各种模型预测比在0.15至2.07之间,差别范围比较大。这一结果反映了用本文方法计算出来的结果与试验值基本是一致的,而峦罗宾实践活动预测的结果是分散的。证明了本文新理论的合理性与可行性。 (4)本文通过对裂纹扩展方程的分析发现在扩展方程中c = m·σ_a是连在一起的一个量,这一发现使得可以用等幅非对称荷载下的裂纹扩展方程直接取代变幅谱块荷载作用下的裂纹扩展方程而不增加拟合过程的待定参数。 本文还对后续研究提出了建议和展望。


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