疲劳裂纹扩展速率的实验数据处理
E647 裂纹扩展速率作业指导书
ASTM E647-08 疲劳裂纹扩展速率试验作业指导书1.概述本测试方法为测定从接近门槛值到最大Kmax期间内非稳定控的疲劳裂纹扩展速率。
结果用裂纹顶端应力强度因子范围（ΔK）来表示。
能够按本方法进行试验的材料不受厚度或强度的限制，只要试验过程中试样厚度足够厚，以防止翘曲及其平面尺寸足以保持弹性变性占优势即可。
本测试方法需对带有预裂纹缺口试样施以循环加荷。
经视觉测量，或是其他等效的方法测量试样的裂纹尺寸，对疲劳循环函数进行数值分析，以建立裂纹扩展速率。
2.仪器2.1夹具和装卡装置--试样对夹具和装卡装置的要求在标准中已概述。
2.2 夹具的同心度-力的传递过程中，保持所有夹具有较高的同心度非常重要。
不对中能导致非对称开裂，特别是靠近门槛值测试，这可能导致无效的数据。
7. 试样形状、尺寸、制备7.1 试样标准---本方法使用的试样形状细节于本方法附录中给出。
从实际材料中取样，应力释放完全是不切实际的。
小心选择试样形状和尺寸，残余应力对于裂纹扩展特性的影响可以最小化。
选择样小比例品尺寸B/W, 可以减少分布于整个试样厚度上，垂直于裂纹扩展方向残余应力的作用。
这种形状的选择，可最大限度的减小由于裂纹弯曲度和裂纹前缘不规则引起的计算da/dN 和∆K的误差。
此外，作用于平行裂纹扩展方向的残余应力可能产生使裂纹尖端闭合或张开的力矩，这也可以混淆的测试结果。
在大多数情况下，残余应力引发了对裂纹扩展特性测量结果影响，可以通过选择一种对称样品形状使其最小化，即M（T）试样。
7.3 切口的制备—对标准试样加工缺口可用电火花、铣削、锯加工。
以下建议的缺口制备过程有利于不同材料疲劳裂纹的扩展。
7.3.1电火花加工---ρ< 0.25 mm(0.0010in) (ρ=缺口根部半径)，高强钢（σys≥1175MPa/170ksi）、钛和铝合金。
7.3.2磨和铣----ρ≤0.075mm(0.003in) ,低中强度钢σys≤1175MPa/170ksi ，铝合金。
疲劳裂纹扩展速率 模型
疲劳裂纹扩展速率模型简介疲劳裂纹扩展速率是材料力学领域一个重要的研究课题。
疲劳裂纹扩展是指在材料受到疲劳载荷作用下，裂纹会以一定速率扩展，最终导致材料的疲劳失效。
了解疲劳裂纹扩展速率模型，对材料的疲劳寿命预测和结构设计具有重要意义。
本文将深入探讨疲劳裂纹扩展速率模型及其应用。
疲劳裂纹扩展速率模型的基本原理疲劳裂纹扩展速率模型是基于疲劳裂纹扩展的基本机理和实验数据建立的。
疲劳裂纹扩展通常表现为裂纹的逐渐扩展和材料的逐渐疲劳破坏。
疲劳裂纹扩展速率模型的基本原理可以归纳如下：1.裂纹尖端应力分布：裂纹尖端是裂纹扩展的起点，其应力集中在该处。
裂纹尖端的应力分布对裂纹扩展速率有重要影响。
2.应力强度因子：应力强度因子是表征裂纹尖端应力分布的一个重要参数。
它可以通过应力分析或实验测量得到。
3.断裂力学：根据线弹性断裂力学理论，裂纹尖端的应力强度因子与裂纹扩展速率之间存在一定的关系。
4.实验数据拟合：通过对大量实验数据进行分析和处理，建立裂纹扩展速率模型。
常用的实验数据包括裂纹扩展速率与应力强度因子、载荷频率、温度等因素的关系。
疲劳裂纹扩展速率模型的应用疲劳裂纹扩展速率模型在工程实践中具有广泛应用，主要包括以下几个方面：1. 疲劳寿命预测疲劳寿命是指材料在特定工况下能够承受多少次疲劳载荷循环而不发生裂纹扩展和失效。
基于疲劳裂纹扩展速率模型，可以通过计算裂纹扩展速率和已有裂纹长度，预测材料的疲劳寿命。
2. 结构设计在工程结构设计中，了解材料的疲劳裂纹扩展速率模型对于提高结构的耐久性和安全性非常重要。
根据疲劳裂纹扩展速率模型，可以针对不同材料和结构形式，选择合适的材料和结构设计方案，以延长结构的使用寿命。
3. 材料评估和筛选通过疲劳裂纹扩展速率模型，可以评估和筛选材料的疲劳性能。
根据不同材料的裂纹扩展速率特性，可以选择适用于不同工况和要求的材料。
4. 裂纹控制和修复了解疲劳裂纹扩展速率模型，可以对已发生裂纹的结构进行控制和修复。
复合材料的疲劳裂纹扩展研究
复合材料的疲劳裂纹扩展研究在现代工程领域，复合材料因其优异的性能而得到了广泛的应用。
然而，复合材料在长期承受循环载荷作用时，疲劳裂纹扩展问题成为了影响其可靠性和使用寿命的关键因素。
因此，对复合材料疲劳裂纹扩展的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料通过物理或化学方法组合而成的一种新型材料。
其具有比强度高、比刚度大、耐腐蚀、耐高温等优点，广泛应用于航空航天、汽车、船舶、体育器材等领域。
但是，由于复合材料的组织结构和性能的复杂性，其疲劳裂纹扩展行为与传统金属材料有很大的不同。
复合材料的疲劳裂纹扩展机制较为复杂。
在疲劳载荷作用下，复合材料内部会产生多种损伤形式，如纤维断裂、基体开裂、界面脱粘等。
这些损伤相互作用，共同影响着疲劳裂纹的扩展。
与金属材料的疲劳裂纹通常沿着晶界或滑移面扩展不同，复合材料中的疲劳裂纹可能会沿着纤维方向、基体内部或者纤维与基体的界面扩展，这取决于材料的组成、纤维的排布方式以及加载条件等因素。
影响复合材料疲劳裂纹扩展的因素众多。
首先是材料的组成和结构。
纤维和基体的性能、纤维的体积含量、纤维的排布方式等都会对疲劳裂纹扩展产生重要影响。
例如，高强度的纤维可以提高复合材料的疲劳性能，而纤维与基体之间良好的界面结合则有助于阻止裂纹的扩展。
其次，加载条件也是一个关键因素。
加载频率、应力比、最大应力等都会改变疲劳裂纹的扩展速率。
此外，环境因素如温度、湿度等也会对复合材料的疲劳性能产生不可忽视的影响。
为了研究复合材料的疲劳裂纹扩展，实验研究是必不可少的手段。
常见的实验方法包括恒幅疲劳实验、变幅疲劳实验和疲劳裂纹扩展实验等。
在这些实验中，可以通过测量裂纹长度随循环次数的变化来获得疲劳裂纹扩展速率。
同时，借助先进的检测技术，如 X 射线衍射、电子显微镜等，可以对疲劳损伤的微观机制进行深入分析。
在理论研究方面，已经建立了一些模型来描述复合材料的疲劳裂纹扩展行为。
氟橡胶胶乳的疲劳裂纹扩展性能研究
氟橡胶胶乳的疲劳裂纹扩展性能研究1. 引言氟橡胶是一种具有优异耐化学性、耐热性和耐磨性的高性能弹性材料，广泛应用于航空、汽车、化工等领域。
然而，在实际应用中，氟橡胶材料的疲劳裂纹扩展性能对其使用寿命和安全性有着重要的影响。
因此，对氟橡胶的疲劳裂纹扩展行为进行深入研究，对于优化材料的设计和应用具有重要意义。
2. 疲劳裂纹扩展机理疲劳裂纹扩展是一个复杂的过程，通常受到应力-应变状态、材料的微观结构和外界环境等多个因素的影响。
在氟橡胶中，裂纹的扩展主要受到应力集中、分子链的断裂和退化以及粘接界面的失效等因素的影响。
3. 影响因素3.1 应力状态应力状态是氟橡胶裂纹扩展的主要因素之一。
研究发现，在拉伸应力下，氟橡胶的裂纹扩展速率较慢，而在剪切应力下，裂纹扩展速率较快。
这是因为在拉伸应力下，橡胶材料的分子链受到牵拉而产生断裂，而在剪切应力下，分子链的断裂发生在剪切变形处，导致裂纹扩展速率加快。
3.2 微观结构氟橡胶的微观结构对裂纹扩展性能也有重要影响。
研究表明，氟橡胶的分子链交联度越高，其裂纹扩展速率越慢。
这是因为高交联度使得分子链之间的连接更加紧密，难以形成裂纹扩展的缺陷。
另外，氟橡胶的填料类型和含量也会影响裂纹扩展性能。
合适的填料能够增加材料的强度和刚度，降低裂纹扩展速率。
3.3 外界环境外界环境对氟橡胶的裂纹扩展性能也有一定影响。
例如，高温和潮湿环境会加剧氟橡胶的老化和退化，导致裂纹扩展速率增加。
此外，化学物质的侵蚀也会引起裂纹扩展。
4. 实验方法为了研究氟橡胶胶乳的疲劳裂纹扩展性能，可以采用以下实验方法：4.1 疲劳试验通过施加交变应力或交变位移来模拟氟橡胶在实际使用中的疲劳加载状态，观察裂纹的扩展情况并记录扩展速率。
可以利用疲劳试验机进行试验，并根据试验结果绘制疲劳寿命曲线。
4.2 断裂力学采用断裂力学理论，结合裂纹尖端应力场和应力强度因子，计算裂纹扩展速率。
可以使用有限元方法对裂纹扩展行为进行数值模拟，得到裂纹的应力场分布和应力强度因子曲线。
西安交通大学材料力学性能实验报告-疲劳裂纹扩展速率
实验报告七姓名班级学号成绩实验名称疲劳裂纹扩展速率实验实验目的了解疲劳裂纹扩展速率测定的一般方法和数据处理过程，增加对断裂力学用于研究疲劳裂纹扩展过程的主要作用和认识。
实验设备高频疲劳试验机一台、工具读数显微镜一台、千分尺一把、三点弯曲试样一件试样示意图三点弯曲试样示意图实验原始数据记录1.实验原始记录表一疲劳裂纹扩展速率数据记录应力比R=0.1，P max=5000Na(mm) N/*105a(mm) N/*105a(mm) N/*1053.16 0 7.49 8.461 11.67 11.433.61 1.477 7.89 8.875 12.09 11.604.02 2.328 8.29 9.240 12.52 11.764.47 3.598 8.71 9.580 13.00 11.944.86 4.393 9.15 9.896 13.46 12.075.30 5.356 9.56 10.25 13.96 12.205.726.168 9.96 10.50 14.41 12.306.17 6.813 10.41 10.79 14.95 12.396.617.584 10.81 10.98 15.37 12.477.08 8.072 11.21 11.19根据表一数据，通过软件可画出a(mm)—N/*105曲线，曲线如下：a(mm)—N/周次关系曲线从上图数据可利用割线法得到曲线的斜率da/dN，通常是链接相邻两个数据点的直线斜率：(da/dN)i =(ai+1-ai)/(Ni+1-Ni)由于计算的da/dN是增量(ai+1-ai)的平均速率，故平均裂纹长度(ai+1-ai)/2可用来计算ΔK值。
对三点弯曲试样（跨距S取4W）：△K=[][1.99-式中α=a/W。
表二疲劳裂纹扩展数据计算值序号da/dN（m/周次）log(da/dN) △K Log（△K）1 3.05E-09 -8.5162 8.8310 0.94602 4.82E-09 -8.3171 9.3371 0.97023 3.54E-09 -8.4506 9.8329 0.99274 4.91E-09 -8.3093 10.3142 1.01345 4.57E-09 -8.3402 10.7927 1.03316 5.17E-09 -8.2863 11.2964 1.05297 6.98E-09 -8.1563 11.8188 1.07268 5.71E-09 -8.2436 12.3710 1.09249 9.63E-09 -8.0163 12.9587 1.112610 1.05E-08 -7.9772 13.5533 1.132011 9.66E-09 -8.0149 14.1270 1.150112 1.10E-08 -7.9602 14.7216 1.168013 1.24E-08 -7.9082 15.3633 1.186514 1.39E-08 -7.8562 16.0751 1.206215 1.16E-08 -7.9362 16.8222 1.225916 1.60E-08 -7.7959 17.5786 1.245017 1.55E-08 -7.8092 18.4240 1.265418 2.11E-08 -7.6767 19.3281 1.286219 1.90E-08 -7.7202 20.2383 1.306220 1.92E-08 -7.7175 21.2881 1.328121 2.47E-08 -7.6072 22.4475 1.351222 2.69E-08 -7.5707 23.6592 1.374023 2.67E-08 -7.5740 25.0691 1.399124 3.54E-08 -7.4512 26.6643 1.425925 3.85E-08 -7.4150 28.4606 1.454226 4.50E-08 -7.3468 30.4304 1.483327 6.00E-08 -7.2218 32.7203 1.514828 5.25E-08 -7.2798 35.2127 1.5467 根据上表中的log（da/dN）-log(△K)关系再作出曲线，如下：Log(△K)- log（da/dN）关系曲线根据Paris公式。
金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法
金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法疲劳裂纹扩展速率试验是评估金属材料疲劳断裂性能的重要手段之一。
其主要目的是通过测定金属材料在一定应力或应变下裂纹扩展速率，推断材料的疲劳断裂特性。
本文将详细介绍金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法。
一、实验基本原理金属材料在疲劳加载下会发生裂纹扩展，其速率是随时间变化的。
实验的基本原理是通过测量裂纹长度的变化，得出裂纹扩展速率，并通过相关的公式计算出疲劳寿命。
在实验过程中，通过施加交变载荷对试样进行疲劳加载，使其发生裂纹扩展现象。
然后使用裂纹测距仪或其他测量工具来测量裂纹长度的变化，并记录下应力或应变的变化情况。
最后，通过计算得出裂纹扩展速率以及疲劳寿命。
二、实验步骤1、试样制备试样的制备必须符合国际或国家标准，包括试样形状、尺寸、加工方法等。
试样的表面必须处理成光洁、平整，以消除位错、原子间缺陷等对裂纹扩展的影响。
2、装置组装实验所需装置包括疲劳试验机、负载传感器、数据采集卡等。
其组装必须符合相关标准和要求，同时需要进行校准以保证实验的准确性。
3、实验参数配置实验参数包括加载频率、载荷幅值、初始裂纹长度等。
这些参数的选择需要根据试样材料、几何形状和实验条件等因素进行设计，并进行相关的调试和验证。
4、试样安装试样应固定在试验机上，确保其稳定、平衡和正确位置，以减少偏差和错误的影响。
同时应注意试样的安装方式必须符合标准，并严格遵守相关操作规程和安全操作要求。
5、实验数据采集实验数据采集包括载荷、位移、裂纹长度等多个参数。
这些参数应该在试验过程中全面、准确地进行采集和记录，并及时保存和处理。
6、数据分析和处理实验数据需要进行分析和处理，包括计算裂纹扩展速率、绘制裂纹扩展曲线、计算疲劳寿命等。
同时需要进行数据的统计和分析，以验证实验结果的可靠性和准确性。
三、实验注意事项1、实验人员必须严格遵守安全操作规范，保证安全操作。
2、试样的制备和安装必须符合标准和规范，以消除偏差、误差等影响。
疲劳裂纹扩展速率两种数据处理方法的比较
对 a —N 曲线上任意数据点 i (最前三点和最后
三点除外) ,取其前后相邻的三点 ,加上 i 点本身共七
点 ,采用最小二乘法进行局部拟合 。局部拟合公式为
ai = b0 + b1 Hi + b2 H2i
(1)
式中 b0 、b1 、b2 为按最小二乘法得到的回归系数 , ai
为对应循环次数 Ni 的名义裂纹长度 。
归得出 。
对式 (3) 求导可得疲劳裂纹扩展速率
d aiΠd Ni = a2iΠ( b1 ai - b2 a1 )
(4)
同时 ,用相应 Ni 的拟合裂纹长度 ai 计算与疲劳
裂纹扩展速率 d aΠd N 对应的裂纹尖端应力强度因子 范围Δ K ,Δ K 由标准紧凑拉伸试样应力强度因子公式
确定 。
面应力区间的斜率转折点 C。用七点递增多项式法处 理 ,焊缝试样 C 点的值为 30. 03 MPa·m1Π2 ,热影响区试 样 C 点的值为 31. 58 MPa·m1Π2 ;用 Smith 法处理 ,焊缝试 样 C 点的值为 25. 51 MPa·m1Π2 ,热影响区试样 C 点的值 为 25. 72 MPa·m1Π2 。 4. 2 测得斜率转折点的原因及意义
Hi = ( Ni - C1 ) ΠC2
C1 = ( Ni + 3 + Ni - 3 ) Π2
C2 = ( Ni + 3 - Ni - 3 ) Π2
对式 (1) 求导 ,得到对应 Ni 的疲劳裂纹扩展速率
(d aΠd N) i = b1ΠC2 + 2 b2 ( Ni - C1 ) ΠC22
(2)
3. 2 Smith 法
4 试验数据及分析
4. 1 裂纹扩展速率试验结果 将这两种处理方法所得焊缝和热影响区各 14 个
EH40钢疲劳裂纹扩展速率与裂纹尖端张开位移关系的试验研究
EH40钢疲劳裂纹扩展速率与裂纹尖端张开位移关系的试验研究摘要：对EH40钢进行疲劳裂纹扩展速率测试试验，测定一系列裂纹尺寸ai及所对应的疲劳荷载次数Ni和裂纹嘴张开位移(CMOD)。
通过a - N曲线，运用ORIGIN软件的微分功能得到试样的裂纹扩展速率。
通过CMOD与裂纹尖端张开位移(CTOD)的对应关系，得到裂纹扩展过程中的一系列CTOD 的值δ。
通过数据分析，表明裂纹扩展速率与裂纹尺寸存在指数关系，并与δ存在线性相关。
在此基础上，提出新的裂纹扩展速率公式，避免了Paris公式的局限性。
关键词：裂纹扩展速率；裂纹嘴张开位移；裂纹尖端张开位移；指数；线性0 引言在材料的生产和建造过程中，由于加工、制造、装配以及使用等诸多原因使材料中存在着夹杂、裂纹等缺陷，这些缺陷在疲劳荷载的作用下会形成裂纹，裂纹长度由初始尺寸扩展到临界尺寸，最终导致材料的断裂。
传统的静强度设计理论假设材料是均匀连续无缺陷的，以此来对零构件进行设计。
在历史上，已发生许多结构在低于许用应力的情况下突然断裂的事故。
例如20世纪50年代，美国北极星导弹固体燃料发动机壳体在试验时发生爆炸，但是其制造材料的各种传统性能都满足要求。
事后研究其原因为：在建筑过程中，焊接区域有焊裂、咬边、杂质及晶界开裂等缺陷。
因此，研究疲劳裂纹扩展的规律有着重大的意义[1]。
疲劳裂纹扩展速率是在断裂力学的基础上发展起来的，是表征含裂纹材料抵抗裂纹扩展能力的一项韧性指标。
1963年P C Paris提出了著名的Paris 公式，一直沿用至今。
Paris 公式为：(1)式中：a为裂纹长度；N为应力循环次数；K为应力强度因子；m为材料常数；C为与应力比R有关的材质参量。
Paris 公式以应力强度因子的幅值(ΔΚ)为控制参量。
但是，应力强度因子的提出是在弹性力学的基础上，只能表示材料在线弹性阶段的抗开裂能力。
而裂纹的扩展过程包括线弹性和弹塑性阶段。
随着断裂力学的发展，Wells提出了CTOD(Crack Tip Opening Displacement)的概念，CTOD指的是裂纹尖端处受张开型荷载后两表面所张开的相对距离，其值用δ表示。
astm_e2760蠕变疲劳裂纹扩展测试的标准测试方法__解释说明
astm e2760蠕变疲劳裂纹扩展测试的标准测试方法解释说明1. 引言1.1 概述蠕变疲劳裂纹扩展测试是工程材料和结构的关键性能评估方法之一。
在实际应用中，经常会遇到材料或结构在连续加载下发生形变和疲劳损伤的情况。
因此，对于这些材料和结构的蠕变疲劳裂纹扩展特性进行准确评估具有重要意义。
ASTM E2760标准测试方法被广泛应用于蠕变疲劳裂纹扩展测试中。
本文旨在详细介绍该标准测试方法的基本原理、步骤以及其优缺点分析，并对未来进一步研究方向进行展望。
1.2 文章结构本文除引言外共包括五个部分，组织如下：第二部分将介绍ASTM E2760标准测试方法的背景与意义。
首先，对ASTM E2760标准进行简要介绍，包括其主要目的和适用范围。
其次，将阐述蠕变疲劳裂纹扩展测试的重要性及其在工程领域中的应用价值。
最后，将探讨该领域尚待解决的问题和挑战。
第三部分将详细讲解ASTM E2760标准测试方法的基本原理与步骤。
首先，将介绍其基本原理及适用范围，以确保读者对该测试方法具有全面的认识。
然后，将重点介绍样品制备过程和试验装置的选择与使用，以及实施测试步骤和参数设定的操作方法。
第四部分将对ASTM E2760标准测试方法进行优缺点分析。
通过评估其在实际应用中的表现，我们可以更好地了解该方法的局限性和改进空间。
这部分内容将包括对该方法优点的深入探讨，并列举出在特定情况下可能出现的缺点。
最后一部分是结论与展望。
我们将总结本文主要内容，并评价ASTM E2760标准测试方法在蠕变疲劳裂纹扩展测试中的效果。
同时，我们还将提出未来对该方法进一步研究方向和改进的建议，以推动该领域技术水平的不断提高。
1.3 目的本文旨在通过详细介绍ASTM E2760蠕变疲劳裂纹扩展测试标准测试方法来促进对该方法的全面理解和应用。
该标准测试方法在工程材料和结构的性能评估中具有重要意义，通过研究该方法的优缺点，可以为今后的改进提供参考，并为未来对蠕变疲劳裂纹扩展测试领域的研究方向提供启示。
金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法
金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法
金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法是一种用于评估金属材料疲劳性能的重要方法。
在工程实践中，金属材料的疲劳裂纹扩展速率是评估材料疲劳寿命和安全性能的重要指标之一。
本文将介绍金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法的基本原理和步骤。
一、试验原理
金属材料在受到交变载荷作用时，会出现疲劳裂纹，裂纹会随着载荷的作用而扩展，最终导致材料的破坏。
疲劳裂纹扩展速率是指裂纹在单位时间内扩展的长度，通常用mm/s或in/s表示。
疲劳裂纹扩展速率试验是通过施加交变载荷，观察裂纹扩展情况，计算裂纹扩展速率的试验方法。
二、试验步骤
1.试样制备：根据试验要求，制备符合标准要求的试样。
2.试验装置：选择适当的试验装置，如万能试验机、疲劳试验机等。
3.试验参数设置：根据试验要求，设置试验参数，如载荷幅值、频率、试验温度等。
4.试验过程：将试样安装在试验装置上，施加交变载荷，观察裂纹扩展情况，记录裂纹长度和试验时间。
5.数据处理：根据试验数据，计算裂纹扩展速率，并绘制裂纹扩展速率曲线。
三、试验注意事项
1.试样制备应符合标准要求，避免试样表面存在缺陷和损伤。
2.试验装置应选择适当的装置，保证试验过程的稳定性和可靠性。
3.试验参数设置应根据试验要求进行合理设置，避免试验过程中出现异常情况。
4.试验过程中应注意观察试样的裂纹扩展情况，及时记录试验数据。
5.数据处理应准确、可靠，避免误差和偏差。
金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法是一种重要的材料疲劳性能评估方法，通过该方法可以评估材料的疲劳寿命和安全性能，为工程实践提供重要的参考依据。
疲劳裂纹扩展实验准备
疲劳裂纹扩展和热解碳复合材料的断裂热解碳在人工心脏瓣膜上的成功应用已经有了很长一段时间的历史了。
稳定疲劳裂纹扩展的证实使人们对于了解什么情况下会发生稳定疲劳裂纹扩展现象产生了浓厚的兴趣。
在人工心瓣的许多应用中，制作材料都是采用的以石墨为核心，以热解碳为两侧表面的三层复合形式。
这篇文章描述的实验就是针对研究石墨、整体热解碳和这种三层结构的石墨与热解炭的复合体进行的。
实验的主要目的是遵循ASTM标准E647的实验步骤来确定疲劳裂纹扩展率。
此外，在疲劳测试完成之后，也可以通过相同的试样来确定平面应变断裂韧性K IC。
其测试的步骤遵循ASTM标准E399.试验样品实验样品是一种对ASTM标准E399的圆盘紧凑拉伸样品DC（T）进行了改进的试样。
这种样品与标准样品的稍微不同在于它没有被削平的部分也就是说没有尺寸c，形状上是一个完整的圆形。
其公称直径为25.4mm，并且带着一个机械加工出来的4.8mm的裂纹，这个机械裂纹宽度为0.2mm，其尖端圆角半径为0.1mm。
（样品的边缘是否可以有涂层，对结果会有什么影响？）其中有一组复合试样，（这里所说的一组是复合样品的哪一组，还是所有的复合样品都是这种形式？）其试样中间有一个直径为3.2mm的孔，所以其机械裂纹的长度名义上就变为8.0mm。
这个机械加工缺口越过中间孔向试样背面延伸了大约0.5mm。
（这里有孔样品与没有孔的样品在实验过程和结果上有区别没有？）因为使用的试验样品和ASTM标准的E399DC(T)样品稍有不同，所以这里把K1值作为裂纹尺寸的函数，并采用有限元分析去确定K1值。
（应力强度因子K1值与△K如何确定，可以直接读出还是需要自己计算？）结果显示，对于E399样品的描述同样适用于现在这种试验样品，并且误差在2%范围之内。
这样的话，所有的计算过程都可以依据E399DC(T)样品的步骤来进行。
许多的实验圆片都是用中间是石墨、外围涂层是热解碳的三层复合材料制成。
实验疲劳实验
N
1 (3392 5382 4372 1362) 13
380
MPa
金属的断裂韧度
金属的断裂韧度
一.线弹性条件下的金属断裂韧度
1.裂纹扩展的基本形式：
张开型（I型） 滑开型（II型） 撕开型（III型）
2.弹性应力场方程的推导
1 v
E 2r
KI
cos
2
1 2v sin
2
2
sin
3
2
y
1 v
E 2r
KI
cos 1 2v sin
2
2
2
sin 3
2
xy
2(1 v)K I
E 2r
sin
2
cos cos 3
22
v 式中: ——泊松比 E ——拉伸杨氏模量
θ= 0 则：
x y
KI 2r
xy 0
式中 KI 值的大小直接影响应力场的大小，KI 可以表示应力场的强弱程度故称为应 力场强度因子
1.疲劳S-N曲线
测定S－N曲线（即应力水平－循环次数N曲线）采用成组法。至少取五级应
力水平，各级取一组试件，其数量分配，因随应力水平降低而数据离散增大，故 要随应力水平降低而增多，通常每组5根。升降法求得的，作为S－N曲线最低应 力水平点。然后，以最大应力为纵坐标，以循环数N或N的对数为横坐标，用最佳 拟合法绘制成S－N曲线
裂纹失稳扩展脆断的断裂K判据：
KI KIC (KC )
Y a KIC (KC )
裂纹体受力时，只有满足上述条件就会发生脆性断裂。反之， 即使存在裂纹，也不会断裂。此称为破损安全。
力学疲劳实验实验报告
一、实验目的1. 了解疲劳断裂现象及其机理；2. 掌握疲劳试验的基本原理和方法；3. 分析不同材料在循环载荷作用下的疲劳性能；4. 培养实验操作技能和数据分析能力。
二、实验原理疲劳断裂是指材料在循环载荷作用下，经过一定次数的循环后，在应力远低于材料屈服强度的情况下发生的断裂。
疲劳断裂机理包括疲劳裂纹的产生、扩展和最终断裂。
本实验采用应力控制法进行疲劳试验，通过在不同应力水平下对材料进行循环加载，观察材料的疲劳性能。
三、实验设备和仪器1. 疲劳试验机：用于施加循环载荷；2. 引伸计：用于测量材料的变形；3. 扫描电子显微镜：用于观察疲劳裂纹的微观形态；4. 显微硬度计：用于测量材料的硬度。
四、实验材料本实验选用低碳钢作为实验材料。
五、实验步骤1. 根据材料特性，确定实验方案，包括应力水平、循环次数等；2. 将实验材料加工成标准试样，并进行表面处理；3. 将试样安装在疲劳试验机上，调整好试验参数；4. 进行循环加载试验，记录试验过程中的应力、应变、裂纹长度等数据；5. 完成试验后，对试样进行扫描电子显微镜和显微硬度测试。
六、实验数据及处理1. 记录不同应力水平下的循环次数、裂纹长度、断裂位置等数据；2. 根据实验数据，绘制疲劳曲线，分析材料的疲劳性能；3. 对裂纹进行微观分析，了解裂纹的形成和扩展机理。
七、实验结果与分析1. 疲劳曲线：在低应力水平下，循环次数较多，材料具有较好的疲劳性能；随着应力水平的提高，循环次数逐渐减少，材料的疲劳性能逐渐降低。
2. 裂纹形态：裂纹起源于试样表面，逐渐扩展至内部，最终导致材料断裂。
裂纹形态包括疲劳裂纹、微观裂纹和宏观裂纹。
3. 疲劳机理：疲劳裂纹的产生和扩展是材料在循环载荷作用下，由于微观缺陷、应力集中等因素引起的。
裂纹的形成和扩展过程包括疲劳裂纹的产生、亚临界扩展和最终断裂。
八、结论1. 低碳钢在循环载荷作用下，具有较好的疲劳性能，但在高应力水平下，疲劳性能较差；2. 疲劳裂纹的产生和扩展是材料在循环载荷作用下，由于微观缺陷、应力集中等因素引起的；3. 疲劳试验有助于了解材料的疲劳性能，为材料的设计和使用提供理论依据。
疲劳裂纹扩展速率实验
材料力学性能实验报告姓名：刘玲班级：材料91 学号：09021004 成绩： 实验名称疲劳裂纹扩展速率实验 实验目的了解疲劳裂纹扩展速率测定的一般方法和数据处理过程，增加对断裂力学用于研究疲劳裂纹扩展过程的主要作用和认识 实验设备 1.高频疲劳试验机一台2.工具读数显微镜一台3.千分尺一把4.三点弯曲试样一件试样示意图试验结果（见附表）结果处理0200000400000600000800000100000012000001400000246810121416a (m m )N (周次)a图1疲劳裂纹扩展试验a-N 曲线试验材料的疲劳裂纹扩展速率曲线1015202530354045500.000000.000010.000020.000030.000040.000050.00006d a /d N (m m /周次)،÷K (Mpa*m 1/2)图2K 与dN da关系曲线1015202530354045501E-71E-61E-5d a /d N (m m /周次)،÷K (Mpa*m 1/2)图3取对数后疲劳裂纹扩展速率曲线数据处理：由origin 软件分析以上图3可知该直线段斜率为1.58，截距为1.018510-⨯因为Paris 方程m K c )(dN da∆=，所以对其两边取对数可得K m c ∆+=lg lg dN dalg那么lgc=1.018510-⨯ ⇒c ≈1 m=1.58误差分析：由于实验存在仪器误差以及人为的不可避免的误差使实验结果有所出入，数据处理过程中也存在误差本实验仪器型号及特性：疲劳裂纹扩展速率测定常在高频疲劳试验机进行。
高频疲劳试验机有以下几个主要部分组成：1）加载系统。
疲劳载荷是一种交变载荷，对于一个非对称的交变载荷可以分解为平均载荷和对称载荷两个部分。
平均载荷是静载荷，对称载荷是动载荷。
高频疲劳试验机的加载系统是由静载荷加载机构和动载荷加载机构两部分组成。
2205双相不锈钢焊接结构疲劳裂纹扩展速率研究
2205双相不锈钢焊接结构疲劳裂纹扩展速率研究王智祥;张鑫;张继祥【摘要】Take standard SE( B) as a sample, the fatigue crack growth behavior of weld metal (WM) , heat affected zone ( HAZ) and base metal ( BM) of Duplex Stainless Steel 2205 were tested on PLG-200 fatigue testing machine under different stress ratios. Through regression analysis of experimental data, the regression equation and the curve of the propagation rate da/dN and the stress intensity factor AK were obtained. The results show that the fatigue crack growth rate of WM is the slowest and the ability to resist fatigue crack growth is the highest in the three parts while BM is just the opposite. Secondly, as for the sensitivity to the stress change, WM is the highest, then HAZ, and BM is the lowest.%在不同应力比R下,采用标准SE(B)试样,在PLG -200高频试验机上对2205双相不锈钢的焊缝(WM)、热影响区(HAZ)和母材(BM)进行疲劳裂纹扩展速率试验,获得了2205双相不锈钢在各种应力比下的回归方程和扩展速率da/ dN与应力强度因子△K的关系曲线.结果表明:2205双相不锈钢焊接结构中焊缝裂纹扩展速率最低,抗疲劳裂纹扩展能力最高；母材疲劳裂纹扩展速率最高,抗疲劳裂纹扩展能力最差；焊缝对应力变化的灵敏度最高,热影响区次之,母材最弱.【期刊名称】《重庆交通大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(030)004【总页数】5页(P880-884)【关键词】双相不锈钢;焊接结构;疲劳裂纹扩展【作者】王智祥;张鑫;张继祥【作者单位】重庆交通大学船舶工程中心,重庆 400074;重庆交通大学机电与汽车工程学院,重庆 400074;重庆交通大学机电与汽车工程学院,重庆 400074【正文语种】中文【中图分类】TG4072205双相不锈钢具有优良的综合性能，如强度高、低温韧性好、抗疲劳强度高、对应力腐蚀裂纹不敏感等，焊接成形性能优良，在国内外大量应用于船舶、锅炉、管道等领域被大量运用［1-6］。
2205不锈钢焊接接头疲劳裂纹扩展试验及分析
法观察 了疲 劳断 １ ： ２ ， 分 析 了产 生疲 劳裂 纹 扩展 速 率不 同的原 因．
关 键词 ： ２ ２ ０ ５双相 不锈 铜 ； 疲 劳裂纹 ； 焊接 接 头 ； 疲劳断口 中图分类 号 ： Ｔ Ｇ １ １ ５ ． ５ １ 文献标 识码 ： Ａ 接头各 个位 置 的抗 疲 劳裂纹 扩 展规律 ， 并对 疲 劳试 验结果 进行 了分 析 ． 为２ ２ ０ ５双 相 不锈 钢 在 实 际 生
据标准 Ｇ Ｂ ６ ３ ９ ８— ２ ０ ｏ ０对 接 头进行 疲 劳裂 纹扩展 试验 ． 通过 疲 劳 裂纹 扩展 速 率测 试 ， 利 用 Ｍａ ｎ ａ ｂ 软 件和 Ｐ ａ ｒ ｉ ｓ 线性 回 归方程 分析 数据 ， 得 到对 接接 头 上 焊缝 区、 热 影 响 区和母 材 区的 疲 劳 裂纹 扩 展 速率 ｌ ｇ （ ｄ ａ／ ｄ Ｎ ）一 ｌ ｇ Ａ Ｋ 曲线． 结 果显 示 ， 给 定 的应 力 比 工作 条 件 下 ， 疲 劳 裂 纹在 对 接 接 头各
０ 引 言
２ ２ ０ ５双相 不锈 钢 皆具有 经 济 性 和 优 良的综 合 性能， 如 高强度 、 高低 温韧 性 ， 耐 大气 和海 洋环 境腐
产 中的推广 应用 提供 实 验依 据 ．
蚀， 优 良焊接性 ， 对应力腐蚀裂纹不敏感等 ， 在航空 航天 、 造船 、 石油 化工 以及 造 纸 、 海 洋工 程 等领域 中 得到广 泛应 用 ＿ ｌ “】 ． 在 这 些 工程 结 构 中 ， 焊 接 工 艺
１ ． ２ 试验 方 法
１ ． ２ ． １ 焊接 参数 试 验采 用 半 自动 Ｉ Ｇ Ｔ Ｂ逆 变 Ｃ Ｏ ２气 体 保 护 焊 （ ＭＡ Ｇ ） 进行 焊 接 ， 焊 机 为 唐 山松 下 公 司 生 产 的 型
单向玻璃纤维-铝合金层板疲劳裂纹扩展速率分析
６ ２・
科 技 论 坛
单 向玻璃纤维 一铝合金层板疲劳裂纹扩展速率分析
沙 字 孙曙光 陈 雷
（ 黑龙 江东方 学院 ， 黑龙 江 哈 尔滨 １ ５ ０ ０ ０ ０ ）
摘 要： 对Ｌ Ｙ 一 １ ２铝合金板和单向 Ｇ ｌ ａ ｒ ｅ 层板 （ 在纤维方向加载 ） 进行 疲劳裂纹扩展试验 。结果表 明： 在相 同的应力强度 因子 下 ， 制备 的Ｇ ｌ ａ ｒ ｅ层板的疲劳裂纹扩展速率 为铝合金 单层板的 １ ／ １ ０ ０ ０ ０左右 ， 单层 的铝合金板疲 劳裂纹扩展速率高于 Ｇ １ ａ ｒ ｅ 层板 。 关键词 ： 纤维铝合金层板 ； 疲劳裂纹扩展 ； 应 力比； 压载荷 ２ ０ 世纪 ７ ０年代 ， 荷兰 Ｄ ｅ ｌ ｆ ｔ 工业大学将有机芳纶纤维与铝合金薄 板交叠铺层， 首先研制出芳纶 一铝合金层板（ Ａ ｅ ｌ ａ １ ） ￣ ］ 。而后， 又将玻璃纤 维引入 ， 研制了玻璃纤维 一铝合金层板（ Ｇ ｌ ａ ｒ ｅ ） 从而开辟 了一类新的材 料体系 ， 纤维金属层板 （ Ｆ ｉ ｂ ｅ ｒ － Ｍｅ ｔ ａ ｌ ｌ ａ ｍｉ ｎ ａ ｔ ｅ ｓ ， Ｆ Ｍ Ｌ ） ， 也称为层间超混 杂复合材料。Ｆ Ｍ Ｌ的疲劳裂纹扩展行为的研究与其在飞行器结构 中的 应用密切相关日 ， 而Ｇ ｌ ａ ｒ ｅ 正是以其优异的疲劳和损伤容限性能而广为 业内人士重视。对铝合金的疲劳裂纹扩展速率的预测 ， 应用最广泛的是 Ｐ ａ ｒ ｉ ｓ 公式 ： ｆ ｛ ｎ
２ 试 验结果 参 考文献 疲劳裂纹扩展速率。 由试验中获得的半裂纹长度 循环周数 Ｎ 数 【 １ ］ Ｖ ａ ｎ Ｌ ｉ ｐ ｚ ｉ ｇ Ｈ ． Ｔ ． Ｍ ． （ １ ９ ７ ３ ） ．Ｒ ｅ ｔ ａ ｒ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｆ ａ ｔ ｉ ｇ ｕ ｅ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｇ ｒ ｏ ｗ ｔ ｈ（ ｉ ｎ Ｄ ｕ ｔ ｃ ｈ ） ． ［ Ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｓ ］ ． Ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ａ ｅ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｄ ｅ ｌ ｆ ｔ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ － 据， 计算（ ｄ ａ ／ ｄ Ｎ ￣ ， 并用下式求得应力强度因子（ △Ｉ ＜ ） 。
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A (1-R)Kc
da/dN B
(1-R)Kc
da/dN C
(1-R)Kc
KthCF D K
(1-R)K1scc D K
(1-R)K1scc D K
A类 ； B类：Kmax<K1scc， (DK)thCF<<DKth 主要是疲劳过程； 腐蚀使(da/dN)CF Kmax>K1scc, 腐蚀 使da/dN)CF。 普遍加快，如铝 合金在淡水中。 马氏体镍在干氢中.
DKth Mpa.m1/2
8 7 6 5 4 3 2 1
低碳钢 低合金钢 不锈钢 A517-F
9301 A508C A533B
R 不同钢材的R-DKth 关系 lgda/dN
R=0.8 0 -1
0 .2
.4
.6
.8 1.0
R＜0的情况：负应力存在， 对da/dN三区域的影响不同。 情况比R>0时复杂得多。
lgda/dN
8.4 疲劳裂纹扩展速率试验
0
a (mm)
D =const. R=0
Dai DK 曲线 目的：测定材料的 da/dNa DNi
一、试验原理：
Paris公式： 实验 a =a 0 R=0 D
N
lg(DK)
da/dN=C(DK)m (DK)i=f (D,ai,)
记录ai、Ni
ai=(ai+1+ai)/2
12
In general, at low frequencies, crack growth rate 在空气中，一般观察不到波形对疲劳裂纹扩展速 increase as more time is allowed for environmental 率的影响。但在腐蚀环境中，若载荷循环的拉伸 attack during the fatigue process. 部分作用慢， da/dN 一般较高。
2
Most of the current application of LEFM concepts to describe crack growth behavior are associated with region 2. In this region the log da/dN versus log DK curve is approximately linear and lies roughly between 10-7 and 10-4 mm/cycle. Many curve fits to this region have been suggested. The Paris equation, which was proposed in the early 1960’s, is the most widely accepted. 大多数用线弹性断裂力学描述裂纹扩展的应用是与 区域2相关的。在这一区域，logda/dN - log DK曲线 近似线性且在10-7-10-4 mm/c间。已有许多拟合曲线 提出，60年代初的Paris公式是应用最广的。
D Kth
lg(D K)
7
Forman 公式只在 R>0 相比， Forman’s equation is时正确。一般认为与 often used to predictR=0 stress R<0 对effects. da/dN没有显著影响。这仍与材料有关，对有 ratio As R increases, the crack growth rate 些材料，也有研究者在 R<0时得到较高 da/dN。 increases. This is consistent with test observations.
讨论应力比的影响， 就是讨论平均应力的影响。
DK th
lg(D K)
R>0、R<0影 响趋势不同。
5
R＞0的情况
R>0时，min>0。 a 给定，R ， min ， max 。 三个速率区域内，da/dN均增大。 da/dN-DK 曲线整体向左移动。
m ( ) C DK Forman公式： da = dN (1 R)KC -DK
-7 -8 -9 4 10
1/2 DD KK Mpa.m Mpa.m1/2
20
40
4
1. 平均应力或应力比的影响
注意到 a=(1-R)max/2， m=(1+R)max/2；
+ R) ( 1 有： m = a (1- R)
实验结果
lgda/dN
R=0.8 0 -1
故a 给定时， R ，m 。
15
建议厚度：W/20 W/4
太厚： 疲劳裂纹前缘舌型大，
表面读取的尺寸与内部相差大。 若用B=W/2，常需作尺寸修正。
三、试验方法
1.预制裂纹要求:(CT试样为例)
DP
1.2W
切口尺寸： an0.2W
(保证LEFM的K解可用) 疲劳预裂： Daimax{0.1B, h} (避开切口对裂尖的影响)
Reduced fatigue life is usually observed with increasing temperature. 一般地说，低频率时裂纹扩展速率增大，因为在 In addition, environmental effects are usually 疲劳过程中环境效应有更充分的时间作用。 greater at elevated temperature, which is duo in part to oxide action. No effect of waveform on fatigue crack growth rate is usually observed in air. But in corrosion 温度增加，通常使疲劳寿命降低。同时，高温下 environment, higher da/dN generally occur if 环境的影响更大，这有一部分是氧化作用所致。 increasing tensile portion of the loading cycle occurs more slowly. 13
(da/dN)i=(ai+1-ai)/(Ni+1-Ni)
lg(da/dN)=lgC+mlg (DK)
最小 二乘法 C, m?
14
二、试样
DP
2孔f 0.25W
DP
0.55WDW 2a NhomakorabeaB
1.2W
a
L=4W
W
W 1.25W
a DP
三点弯曲
紧凑拉伸
a1 a2 a3 a4 a5
D 中心裂纹
疲劳裂纹前缘 B W
K1 K1scc，tf，(约1000小时)。 K1scc是应力腐蚀开裂门槛值。 K1scc K1<K1scc不发生应力腐蚀开裂。 0
K1c
tf
10
2）腐蚀疲劳裂纹扩展速率 (da/dt)CF
加载频率越低，腐蚀过程越充分， (da/dN)CF越快。 (da/dN)CF与DK的关系如图，可分为三类：
9
3. 腐蚀环境对da/dN的影响
腐蚀疲劳是介质引起的腐蚀破坏过程 和应力引起的疲劳破坏过程的共同作用。 这二者的共同作用，比任何一种单独作用更有害。 1） 应力腐蚀开裂 (Stress corrosion cracking)
腐蚀介质作用下，裂纹可在低于K1C时发生扩展。 试件加载到K1，置于腐蚀介质中。记录裂纹开始扩 展的时间tf。 K1
C类： AB混合型 如高强钢 在盐水中。
11
The fatigue crack growth rate can be greatly 环境对疲劳裂纹扩展速率的影响强烈地依 influenced by environmental effects. These effects 赖于材料与环境的组合。影响环境效应的 are extremely complicated duo to the large number of mechanical, metallurgical, and 一些附加因素是加载频率、温度、加载波 chemical variables and the interaction between 形和应力比。 them.
The environmental effect on fatigue crack growth 环境效应对疲劳裂纹扩展速率的影响很大。 rate is strongly dependent on the materialenvironment combination. Several additional 由于有大量的机械、冶金和化学因素及其 factors that influence the environmental effect are 相互作用，环境效应极其复杂。 frequency of loading, temperature, waveform of loading, and stress ratio.
Forman’s equation is valid only when R>0. Generally, it is believed that when R<0, no significant change in growth rate occurs compared with the R=0. Again this is material dependent, as some researchers have obtained data for certain materials which show higher growth rates for R<0 loading. Forman公式常用于预测应力比的影响。R增大， 裂纹扩展速率增大，与试验观察是一致的。
3
8.3 影响疲劳裂纹扩展的若干因素