疲劳裂纹的预制.
疲劳裂纹扩展速率的实验数据处理
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。
预制裂纹方法
预制裂纹方法
预制裂纹方法是一种常见的材料疲劳强度试验方法。
该方法是在材料的表面预先制造一定深度和长度的裂纹，然后施加一定的载荷，用于模拟材料在使用过程中受到的损伤和疲劳。
通过观察和测量裂纹的扩展情况，可以评估材料的抗疲劳性能和耐久性能。
预制裂纹方法具有操作简单、结果准确、可重复性好等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、机械等领域的材料性能研究和产品质量监测。
同时，该方法也为材料设计和制造提供了重要的参考依据，帮助工程师们更好地选择和使用材料，从而提高产品的性能和可靠性。
需要注意的是，在进行预制裂纹试验时，需要严格遵守试验方法和标准规范，确保试验结果的准确性和可靠性。
同时，也要注意对试验设备和材料的检验和维护，以保证试验的安全和有效进行。
- 1 -。
金属疲劳试验
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。
条件： - 小尺度塑性变形 - 平面应变
高强度马氏体时效钢不同试样厚度的KC变化
2
a, B,
W
-a
2.5
实验三、金属疲劳试验
一、实验目的：
1.了解金属轴向疲劳测试方法、断裂韧性Kic 测试方法及裂纹扩展速率DA/DN测试方法 。
2.了解疲劳试验机工作原理
1988年4月28日阿罗哈航空波音737-200型客机243号班机在飞行途中发生 爆裂性失压的事故，约头等舱部位的上半部外壳完全破损，机头与机身随时 有分离解体的危险，但10多分钟后奇迹地安全迫降。事件当时，一名机组人 员不幸被吸出机舱外死亡，而其余65名机组人员和乘客则分别受到轻重伤。
并形成循环滑移带。随着加载循环次数的增加，循环滑移带不断地加宽，由 于位错的塞积和交割作用，会在滑移带处形成微裂纹。
循环滑移带生成和一个纯铜试样的裂纹 Sm=0，Sa=77.5MPa N=2×106
在裂纹的萌生期，疲劳是一种发生在材料表面的现象。
2.2 相界面开裂产生裂纹 在大量的疲劳失效分析中发现很
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
当θ= 0 r→0 时 由上式可得：
KI
lim r 0
2r y 0
裂纹I型应力场强度系数的一般表达式：
KI Y a
Y——裂纹形状系数
-半无限边缘缺口试样 -有限宽度的中心开裂纹试样 -有限宽度的边缘缺口试样
事故原因是由裂缝氧化导致金属疲劳引起
脆性材料紧凑拉伸实验
热解碳复合材料疲劳裂纹扩展和断裂（紧凑拉伸实验）一、实验目的：利用紧凑拉伸实验方法测量热解碳，石墨以及热解碳包覆石墨复合材料的平面应变断裂韧性K 1C 、疲劳扩展门槛值th K ∆以及疲劳裂纹扩展速率da/dN 。
二、实验步骤：遵循ASTM(美国材料试验协会)标准的E399(金属材料平面应变断裂韧性KIC 试验方法)与E647（金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法）来进行的。
三、实验仪器：MTS 疲劳试验机（沈阳材料国家联合实验室），样品装夹采用特殊的U 型夹固定在仪器上。
（U 型夹具的设计）四、实验样品：（以下两种选择）1）实验样品为标准的紧凑拉伸C （T ）样品，具体的样品规格与详细尺寸见图1：2-φ 0.25W +0.05图1：紧凑拉伸C（T）样品2）实验样品是ASTM标准E399的圆盘紧凑拉伸样品DC（T），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。
具体尺寸如图2;图2：圆形紧凑拉伸DC(T)样品注释：疲劳裂纹引发缺口为钼丝切割缺口，缺口宽度为0.2mm，根部半径为0.1mm实验的样品分为3组：(1)*此处为热解碳涂层总厚度与石墨基底厚度之比，如下图图3：热解碳包覆石墨复合材料及热解碳总厚度与石墨厚度比示意图五、实验过程一）断裂韧性实验1. 测量试样的尺寸厚度B的测量（E399.6.2.1）：从疲劳裂纹顶端至试样的无缺口边，沿着预期的裂纹扩展线，至少在三个等间隔位置上测量厚度B，准确到0.1 % B 或0.025mm，取其较大者，计算平均值。
宽度W和机械加工裂纹长度a0的测量(E399.D.4.1)：两者的测量要从加载孔中心线量起，可以先从试样缺口边测量，然后减去缺口边值加载孔中心线的距离。
在缺口边附近至少三个位置上测量W，准确到0.1 % W或0.025 mm，取其较大者，计算平均值。
2. 预制裂纹（此处选择的样品为厚度1.5 mm，厚度比为0.5的复合样品）首先在平台上，用高度尺对试样划三条水平平行线，第一根以a0的端点为切线，然后每隔1 mm划一根线；再隔0.5 mm再画一根线；（E399.B.2.4）如图4：图4：预制裂纹所画三条直线示意图然后装夹好试样，调整引伸计COD以及观察裂纹长度所使用的便携式显微镜的位置，为防止试样脆断，再加循环载荷之前，先加一定的静载荷，载荷大小为23N（0.5P max）；随后启动载荷，选好共振频率，载荷频率设定为50HZ；为了减少预制裂纹时间，初始时所加载荷可以稍微偏大一些，是应力强度因子接近材料断裂韧性K1C的70 %，所对应最大动载荷为46 N，为使疲劳载荷的载荷比在MPa，裂纹长度a=4.8mm，-1到0.1之间，最小动载荷取0；（载荷大小均假设K1C=1.6m根据Kq计算公式反推得到）当疲劳裂纹长大到距初始裂纹端点1 mm的直线时，将载荷降低到39.5 N，并仔细观察裂纹长度与生长情况，当疲劳裂纹扩展到1.5 mm处时，立即关闭振动开关、动载开关，然后卸掉静载荷，此时预制裂纹长度大约为2 mm。
疲劳裂纹的产生及预防措施
然;
1 疲劳初始裂纹的形成
绝大多数机械零件( 如轴、齿轮、弹簧 等 )和工 程结构都是在交 变应力 下工作的， 在交 变 作用下经过较长时间工作的 应力 零件， 其失 效形式将是 疲劳断裂， 形成的断口 疲劳断 称为 口 。表面无宏观缺陷的金属材料， 其疲劳过
程可分为两个阶Leabharlann : ( 1 在零件的危险截面处， )
工 程 技 术
疲劳裂纹的产生及预防措施
1 河北 ( ， 工程大 学机电 学院
摘 施 关
刘素明’ 李军2 056038 ; 2 .华冶机电安装公司
5 0 0 60 3 )
要: 本 文通过由 疲劳引发的重 大事故， 疲劳 说明 对于机械的严重 危害性， 而对疲劳裂 进 纹产生的原因进行分析， 并提出了 一些预防措
初 裂纹后， 纹继续发 成 劳区， 劳 始 裂 展形 疲 疲
区留 下有标志裂纹发展过程的前沿线。由 于 裂纹边缘反复压紧和分开疲劳区呈光滑状 态。粗粒状的断裂区是由 于当裂 纹达到临界 尺寸 在较少的应力 后， 循环次数作 用下迅速发 生断裂而造成的。
板状构件的疲劳裂纹形成及疲劳寿命预估
３ ・ ４
重 型 机 械
２ １ ｏ ６ ０ ０Ｎ ．
板状 构 件 的疲 劳裂 纹形 成 及疲 劳寿命 预估
谭文锋 ，王银海 ，张文志
（ 山 大学 ，河 北 燕 秦皇岛 ０ ６０ ） ６ ０４
摘 要 ：采用虚功原理分析 了大范围损伤 条件下平面应力板状 构件 的疲劳裂纹形成及疲劳寿命 预
应 力集 中程 度较 低 的 平 面 应 力 状 态 板 状 构
件的疲劳裂纹影响寿命 问题 属于大范围损 伤问
题 。对 于大 范 围 损 伤 问题 ，可 以与 大 范 围塑 性
问题 类似 ，援 引经典 固体 力 学 中关 于 位 移 与 应 变 模 态 的假 设 。文 献 ［ ］ 出并 讨 论 了 大 范 围 １提
情 况进 行 完 备 的修 正 ，必 须 进 行 大 量 的统 计试 验 ，这 是不 现实 的。
对 于一般 工程构 件 ，疲 劳失效 过程一 般分 为 裂纹形 成与裂 纹扩展 两个 阶段 。就 裂纹形 成 阶段
而言 ，一般采 用两种 分析方 法 。其 一是完 全 的试 验方法 ，直接 通过 与实 际情 况相 同或相似 的试验
关键词 ：损伤力学 ；板状构件 ；疲劳裂纹 ；寿命 预估
中 图 分类 号 ：Ｔ ５ １ Ｕ ８ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ ０ １—１６ ２ １ ）６— ０ ４— ４ ９ Ｘ（０ ０ ０ ０ ３ ０
Ｐｒ ｄ ｃｉ ｎ ｆｆ ｔｇ ｅ ｃ ａ ｋ ｉ ｔａ ｉ ｎ ｌｆ ｆｐ ａ ｅｌｋｅ ｃ ｍ ｐ ｎ ｎｔ ｅ ｉ ｔｏ ｏ ａ ｕ ｒ ｃ ｎｉ ｔｏ ｉｅ ｏ ｌ ｔ －ｉ ｏ ｉ ｉ ｏ ｅ
估问题 。导 出了平面应力板状构件在大范围损伤条件下 的疲 劳裂纹形 成及疲劳 寿命 预估的封 闭解答 。 该方法力学概念清晰 、明确 ，可广泛用于分析各类板状构件在 大范 围损伤条件下的疲 劳裂纹形成及疲 劳寿命 预估 问题 。为预估板状构件的疲劳裂纹形成及疲劳寿命 提供 了新思路和新方法。
abaqus疲劳裂纹扩展模拟方法
在Abaqus中进行疲劳裂纹扩展模拟通常需要使用ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit这两个分析模块。
ABAQUS提供了丰富的工具和元素来模拟疲劳裂纹扩展，以下是一个基本的步骤：1. 建模：-使用ABAQUS/CAE（图形用户界面）或ABAQUS脚本语言（Python）创建模型。
确保模型包含准确的几何形状和边界条件。
2. 网格划分：-确保模型的网格划分足够细致，特别是在裂纹尖端区域。
使用ABAQUS 提供的适当类型的网格元素，如二维或三维等元素。
3. 材料定义：-定义材料的力学性质和断裂参数。
在疲劳分析中，通常需要使用合适的疲劳材料参数。
4. 加载和约束：-定义加载和约束条件。
对于疲劳裂纹扩展，通常使用周期性的加载。
加载可以是压力、力、位移等。
5. 疲劳裂纹增长：-使用ABAQUS的断裂力学（XFEM）方法来模拟裂纹的扩展。
你可以使用ABAQUS/Standard的XFEM方法来处理裂纹尖端的应力集中。
6. 结果输出：-设置合适的输出请求以获得关于裂纹扩展和结构响应的信息。
这可能包括应力、应变、位移、裂纹长度等。
7. 迭代分析：-如果需要模拟多个加载循环的疲劳裂纹扩展，你可能需要使用ABAQUS/Standard的循环加载功能，或者通过ABAQUS/Explicit进行显式动态疲劳分析。
8. 后处理：-使用ABAQUS/CAE或Python脚本进行后处理，绘制结果图形，分析裂纹扩展速率等。
请注意，这仅仅是一个基本的指南。
实际应用中，还需要考虑更多因素，如裂纹尖端应力场的准确建模、裂纹扩展准则的选择等。
确保在模拟前仔细阅读ABAQUS文档，并根据具体问题和标准进行模拟设置。
断裂韧性实验报告
断裂韧性测试实验报告随着断裂力学的发展，相继提出了材料的IC K 、()阻力曲线J J R 、)(阻力曲线CTOD R δ等一些新的力学性能指标，弥补了常规试验方法的不足，为工程应用提供了可靠的断裂判据和设计依据。
下面介绍下这几种方法的测试原理及试验方法。
1、三种断裂韧性参数的测试方法简介1. 1 平面应变断裂韧度IC K 的测试对于线弹性或小范围的I 型裂纹试样，裂纹尖端附近的应力应变状态完全由应力强度因子I K 所决定。
I K 是外载荷P ，裂纹长度a 及试样几何形状的函数。
在平面应变状态下，当P 和a 的某一组合使I K =IC K ，裂纹开始失稳扩展。
I K 的临界值IC K 是一材料常数，称为平面应变断裂韧度。
测试IC K 保持裂纹长度a 为定值，而令载荷逐渐增加使裂纹达到临界状态，将此时的C P 、a 代入所用试样的I K 表达式即可求得IC K 。
IC K 的试验步骤一般包括：（1） 试样的选择和准备（包括试样类型选择、试样尺寸确定、试样方位选择、试样加工及疲劳预制裂纹等）；（2） 断裂试验；（3） 试验结果的处理（包括裂纹长度a 的测量、条件临界荷载Q P 的确定、实验测试值Q K 的计算及Q K 有效性的判断）。
1. 2 延性断裂韧度R J 的测试J 积分延性断裂韧度是弹塑性裂纹试样受I 型载荷时，裂纹端点附近区域应力应变场强度力学参量J 积分的某些特征值。
测试J 积分的根据是J 积分与形变功之间的关系：a B U J ∂∂-= （1-1） 其中U 为外界对试样所作形变功，包括弹性功和塑性功两部分，a 为裂纹长度，B 为试样厚度。
J 积分测试有单试样法和多试验法之分，其中多试样法又分为柔度标定法和阻力曲线法。
但无论是单试样法还是多试样柔度标定法，都须先确定启裂点，而困难正在于此。
因此，我国GB2038-80标准中规定采用绘制R J 阻力曲线来确定金属材料的延性断裂韧度。
这是一种多试样法，其优点是无须判定启裂点，且能达到较高的试验精度。
简述疲劳断裂的过程
简述疲劳断裂的过程
疲劳断裂是一种由于重复的应力作用和持续的疲劳使得材料结构出现破坏的一种破坏方式，它影响着材料的使用寿命和安全性。
疲劳断裂过程可以细分为三个阶段：
一、发生疲劳裂纹阶段。
当材料受到持久的疲劳应力作用时，材料内在的异常缺陷会随着时间的推移，而变大，当这些异常缺陷到达一定大小时，会在材料的表面自然形成裂纹，这就是疲劳裂纹的产生。
二、疲劳裂纹扩展阶段。
当材料受到持续的疲劳应力时，裂纹会随着应力的作用而不断扩展，当裂纹扩展到足够的大小时，材料就会出现破坏。
三、疲劳断裂阶段。
当材料经过了持久的疲劳应力作用，造成裂纹的扩展，最后到达材料的极限破坏时就会发生疲劳断裂，就算材料断裂，此时材料也不能抗拒疲劳应力的作用，会出现破坏现象。
- 1 -。
实用疲劳裂纹预制机
收 稿 日期 ：０ １０ — ９ ２ ０ — ９２
小 位 移 △ ， 口处 于 闭 合 状 态 或 最 小 张开 状 态 ； 切 当
件组 成 。
偏 心 轴 的偏 心 距 为 ｅ 。当 偏 心 轴 表 面 到 转 动 中
心 的最 近 点 Ａ 与 压 头 尾 部 接 触 （ ｌ ） 试 件 获 得 最 图 ａ，
采 用 机 械 性 的偏 心 轴 旋 转 疲 劳 机 构 ， 适 合 预 更 制 三 点 弯 曲试 件 的疲 劳 裂 纹 ， 完 全 避 免 电磁 、 可 电液
Ｋｅ ｙｗｏ ｄｓ：Ｆｒ ｃ ｕ ｅ ｔｓ ；Ｆａ ｉｕ ｒ ｃ ｒ ａ ｔｒ ｅ ｔ ｔｇ ｅｃ ａ ｋ；Ｆａ ｉｕ ｑ ｉｍ ｅ ｔ ｔ ｅ ｅ ｕ ｐ ｎ ；Ｐｒ ｃ ａ ｋｎ ａ ｈｎｅ ｇ ｅ ｒ ｃ ｉｇ ｍ ｃ ｉ
１ 引 言
在做 断 裂试 验 之 前 ， 常 先 在 试 件 上 预 制 疲 劳 通
维普资讯
第 ３ ８卷 第 ８期 ２０ ０ ２年 ８月
理 化 检 验 物理 分 册
ＰＴ ＣＡ （ ＰＡＲＴ ：ＰＨ ＹＳＩ Ａ ＣＡＬ Ｅ Ｔ Ｉ Ｇ） Ｔ Ｓ Ｎ
Ｖｏ ．３ Ｎｏ ８ １ ８ ．
Ａｕ ． ２ ０ ｇ ０ ２
实 用 疲 劳 裂 纹 预 制 机
王 洪 山
（ 宁工 程技 术大 学力 学 与工 程科 学 系 ， 新 １ ３ ０ ） 辽 阜 ２ ０ ０
摘 要 ： 绍一 种 为 断 裂 试 验 研 制 的 实用 型 疲 劳 裂 纹 预 制 机 。这 种 裂 纹 机 具 有尺 寸 小 、 量 轻 、 介 重
22263449
是 厚钢板 。因此 ， 需 寻找 新 的预制 厚钢 板焊缝 试样疲 劳裂 纹 的方 法 。 必
曲方 法对 断裂韧 度值 没有 影 响 ， 认 为复合应 力循 环特 性 法制 备 的 断 裂韧 度 试 样 所 测得 的断 裂韧 度 （ 但 Ｊ 积分 ） 比未经 处理 的试样 低 ２ 。在焊 接接 头断 裂韧度 试验 规范 Ｂ ７４ ：ａｔ：９ ７金 属材料 焊缝 要 ０， ９ ６ Ｓ ４８ Ｐ ｒ２ １９ “ ＫＩ 、 限 Ｃ 极 ｃ ＴＯＤ值 和极 限 Ｊ积分值 测 试方法 ” 布 以来 ， 颁 讨论 这个 问题 的 文献较 为 少见 。 试验规 范 Ｂ ７ ４ ：ａｔ：９７把 局部韧 带压缩 法 、 向弯 曲 法 和复 合应 力循 环 特 性 法这 三 种方 法 Ｓ ４８Ｐ ｒ２ １９ 反
快 ， 近中心 部位 的疲 劳裂 纹扩 展较 慢 ， 时甚 至不 扩展 （ 见 图 １ ， 结 果 是 试 样上 的疲 劳 预制 裂纹 而 有 参 ）其
前 沿平 直度很 低 ， 以满足 试验 规范 的要 求 ， 难 制备试样 的合 格率 很低 。这 是 厚钢 板焊 接接 头韧 度测定技
术 中的 一个关键 性 难题 。
３６ ４
实 验
力 学
（０ ６年 ） ２ 卷 ２０ 第 １
图 １ 不 平 Байду номын сангаас 的预 制裂 纹
Ｆ ｇ １ Ｕｎ ｖ ｎ ｐ ｅ ｒ ｃ ｉ． ｅ ｅ ｒｃａ ｋ
复合材料层合板的疲劳寿命预测及试验研究
复合材料层合板的疲劳寿命预测及试验研究复合材料层合板是一种新型材料，具有高强度、高刚度、高韧性和轻质等优点。
在航空航天、汽车、船舶、电子、建筑等领域得到广泛应用。
然而，随着使用寿命的延长，复合材料层合板会出现疲劳损伤，从而降低其力学性能。
疲劳寿命是衡量复合材料层合板耐久性能的重要指标，因此，如何准确预测复合材料层合板的疲劳寿命成为了当前研究的热点问题。
一、复合材料层合板的疲劳损伤机理复合材料层合板的疲劳损伤主要有三种形式：疲劳裂纹、层间剥离和纤维失效。
疲劳裂纹是指由于反复的载荷作用产生的疲劳应力，使材料中的裂纹逐渐扩展，从而导致断裂。
层间剥离是指复合材料层合板中各层之间的粘结剪切层界面发生分离，最终导致层间脱粘。
纤维失效是指纤维断裂或拉断，导致复合材料层合板的强度和刚度下降。
二、复合材料层合板疲劳寿命预测方法为了准确预测复合材料层合板的疲劳寿命，需要对其力学性能进行测试和分析，确定其材料参数和疲劳性能。
一般采用有限元方法进行疲劳寿命预测，即将复合材料层合板的结构分解成有限数量的小单元，再利用计算机模拟每个小单元的力学性能，然后将这些小单元组合起来，得出整个结构体系的力学性能及其变化规律，从而得出疲劳寿命。
三、复合材料层合板疲劳寿命试验研究复合材料层合板疲劳试验是验证疲劳寿命预测结果的重要手段。
疲劳试验主要通过模拟实际使用条件，采用交变载荷或者脉冲载荷进行，测量材料的疲劳性能，并记录试验过程中的变形、裂纹扩展和层间剥离等信息。
通过试验可以得到复合材料层合板受不同载荷和振幅下的疲劳寿命，为研究和改善其力学性能提供参考。
四、复合材料层合板疲劳寿命预测和试验研究的应用复合材料层合板作为航空航天、汽车、船舶、电子、建筑等领域中的主要结构材料，其使用寿命和安全性是极为关键的。
通过复合材料层合板疲劳寿命预测和试验研究，可以为其设计和制造提供科学依据，为改善其力学性能提供技术支持和保障。
结语随着科技的不断推进，复合材料层合板在各个领域的应用越来越广泛。
第八章 疲劳裂纹扩展
a 1 da S1下循环n1次 S1mn1= a ( a ) 从a0扩展到a1； 0 a 2 da S2下循环n2次 S2mn2= a ( a ) 从a1扩展到a2； 1 a L da S3下循环n3次 S3mn3= a ( a ) 从a2扩展到aL； 2
例如，对于有显微设备的研究者，上述尺寸可能 是晶粒缺陷、位错或0.1mm的量级，而对于现场 检验者，则是无损检测设备可检出最小的裂纹。
4
我们已经讨论过应力寿命方法和应变寿命方法， 现在讨论用于疲劳裂纹扩展估计的断裂力学法。 均匀、无 缺陷材料
循环载 荷作用
S-N曲线 -N曲线
裂纹萌 生寿命
问题: 有缺陷怎么办？发现裂纹，能否继续
)
注意，改变，临界裂纹尺寸ac不再为0.086m， 1 K c 2 1 (1 -R)Kc 2 而应写为： ac= p ( ) = p ( )
解得： ＜159MPa, max=/(1-R)＜176 Mpa 如缩短检修周期，同样可求得由ai=10mm到
20
3. 尺寸ai的裂纹, 在下一检查期内不应扩展至ac。
本题 m=4, 由裂纹扩展方程有： NC = 1
m
C ( f p ) (0.5m - 1) a
[
1
0.5 m -1 0
a
1
0.5 m -1 C
]
注意 =max-min=180Mpa， 有： 得到：
1 1 m = NcC( p ) + =160.8 ai ac
第八章 疲劳裂纹扩展
8.1 疲劳裂纹扩展速率
8.2 疲劳裂纹扩展寿命预测
8.3 影响疲劳裂纹扩展的若干因素 8.4 疲劳裂纹扩展速率试验
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。
疲劳破坏产生的条件,疲劳断裂过程
疲劳破坏产生的条件,疲劳断裂过程一、疲劳破坏产生的条件疲劳破坏是材料在交变应力作用下，在应力远低于其静态强度极限下，由于交变应力的作用而引起的破坏现象。
在工程材料中，由于外力交变作用引起的疲劳破坏是一种常见的破坏形式。
疲劳破坏产生的条件主要包括：交变应力和循环次数。
1. 交变应力：材料在外力作用下，会产生应力。
当外力是交变应力时，材料内部会产生周期性的应力变化，这种交变应力会导致材料疲劳破坏的产生。
交变应力的大小和频率直接影响着材料的疲劳寿命，如果交变应力的幅值过大或频率过高，就会加速材料的疲劳破坏过程。
2. 循环次数：材料在外力作用下，经历了多个循环过程，每个循环过程都会对材料产生一定的影响。
当循环次数达到一定数量级时，材料就会发生疲劳破坏。
循环次数也是造成材料疲劳破坏的重要条件之一。
二、疲劳断裂过程疲劳断裂是由于材料在受到交变应力作用下，经历了很多次的应力循环后，最终导致材料断裂的现象。
疲劳断裂过程主要包括疲劳裂纹萌生、疲劳裂纹扩展和终期疲劳断裂三个阶段。
1. 疲劳裂纹萌生：在外力作用下，材料表面会逐渐出现微小的裂纹，这些微小的裂纹称为疲劳裂纹。
这些裂纹通常在材料表面的晶界、夹杂物的周围或应力集中的区域产生。
疲劳裂纹的萌生是疲劳断裂的起始阶段，也是疲劳破坏的先导阶段。
2. 疲劳裂纹扩展：一旦疲劳裂纹产生，它们会随着应力的循环不断扩展。
每个循环过程都会使裂纹的长度增加，最终导致了材料的疲劳断裂。
在这个阶段，裂纹的扩展速度通常会随着循环次数的增加而逐渐加快。
3. 终期疲劳断裂：当裂纹扩展到一定长度时，材料就会发生终期疲劳断裂。
在这个阶段，材料的剩余截面积已经无法承受外力的作用，最终导致了材料的断裂。
终期疲劳断裂是疲劳破坏的最终阶段，也是材料的寿命终结阶段。
个人观点和理解对于疲劳破坏产生的条件和疲劳断裂过程，我认为在材料设计和工程应用中，我们需要仔细考虑外力的交变作用和循环次数对材料的影响，选择合适的材料和工艺，以延长材料的疲劳寿命。
钢结构疲劳裂纹萌生寿命预测方法研究综述
钢结构疲劳裂纹萌生寿命预测方法研究综述全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：钢结构是工程领域中常用的一种结构形式，而疲劳裂纹是钢结构中常见的一种病害现象。
对于钢结构的疲劳裂纹萌生寿命预测方法的研究，一直是结构工程领域的研究热点之一。
本文将就钢结构疲劳裂纹萌生寿命预测方法进行综述，包括方法的基本原理、常用的预测模型和方法、研究现状及存在的问题和挑战等方面展开讨论。
一、基本原理钢结构在使用过程中经受外部荷载的作用，从而会引起材料的疲劳损伤，导致裂纹的萌生和扩展。
裂纹的萌生寿命是指裂纹在结构中最初出现的时间点，对材料的寿命和结构的安全性具有重要意义。
裂纹萌生寿命预测方法的基本原理是基于金属材料在不同应力水平下的疲劳性能曲线，通过对材料的疲劳寿命曲线进行分析和计算，得出裂纹在特定应力水平下的寿命预测值。
二、常用的预测模型和方法1. 总寿命法：总寿命法是最常用的一种预测方法，它是通过计算材料的疲劳寿命曲线和结构实际受力情况来确定裂纹萌生寿命。
总寿命法可以简化计算过程，但对结构的实际工作条件要求较高。
2. 参数法：参数法是通过疲劳试验得到的一组参数来描述材料的疲劳性能，然后根据参数来计算裂纹的萌生寿命。
参数法的优点是预测准确性高，但需要大量的试验数据和参数识别。
3. 损伤累积法：损伤累积法是基于损伤力学原理，通过对裂纹扩展过程进行积分，计算裂纹的萌生寿命。
损伤累积法能够考虑到材料的非线性特性，但计算过程较为复杂。
三、研究现状目前钢结构疲劳裂纹萌生寿命预测方法的研究已取得了一定的进展，各种预测模型和方法不断被提出。
一些新颖的方法如基于深度学习的人工智能模型和基于有限元分析的数值模拟方法也逐渐被应用到裂纹萌生寿命预测中。
这些方法的出现使得预测的准确性和效率得到了进一步提高。
四、存在的问题和挑战在钢结构疲劳裂纹萌生寿命预测方法的研究中，仍然存在一些问题和挑战。
材料的疲劳性能是受到多种因素影响的，如应力幅值、载荷类型、环境条件等，如何综合考虑这些因素对裂纹寿命的影响仍需进一步研究。
压力容器裂纹疲劳寿命预测的Pairs公式材料常数的相关性分析
压力容器裂纹疲劳寿命预测的Pairs公式材料常数的相关性分析黎佳*龙伟戴钰冰(四川大学)摘要介绍了计算疲劳裂纹亚临界扩展速率中常用的P airs公式、最小二乘法的一般原理和相关系数r的概念。
以07M nCr M oVR钢为例运用最小二乘法得出了l g C和m的线性关系,并利用相关系数r判断其相关程度,得出了两者具有极强相关性的结论。
基于P airs公式中材料常数m服从正态分布这一知识,利用lg C和m的线性关系以及正态分布的相关知识,参考压力容器安全评估的方法,探讨了对疲劳裂纹的亚临界扩展速率和疲劳寿命近似预测的方法。
关键词压力容器裂纹扩展速率Pa irs公式相关性中图分类号TQ05113文献标识码A文章编号0254-6094(2010)03-0316-04疲劳断裂是压力容器的主要失效形式之一。
在压力容器破坏性事故中,有40%~50%的事故是由疲劳裂纹引起的。
因此,研究压力容器的疲劳裂纹扩展速率,是掌握在役压力容器剩余使用寿命的关键,这对确保压力容器的安全运行十分重要。
笔者主要研究压力容器缺陷的疲劳裂纹扩展速率的计算公式,并通过此公式来探讨亚临界扩展速率和疲劳寿命的预测方法。
1疲劳裂纹的亚临界扩展速率疲劳裂纹的扩展过程可分为3个阶段:疲劳裂纹的萌生阶段、稳定扩展阶段(亚临界扩展阶段)和快速扩展阶段(失稳扩展阶段)。
由于压力容器的疲劳问题常常是裂纹的亚临界扩展问题,因此对亚临界扩展阶段的研究很有意义。
在亚临界扩展阶段中,裂纹扩展速率d a/d N 与裂纹尖端的应力强度因子变化范围$K有如下关系,也就是Pairs公式[1]:d ad N=C($K)m(1)式中C,m)))与材料相关的常数;a)))裂纹尺寸;N)))疲劳应力循环周次;$K)))疲劳应力引起的应力强度因子变化范围。
2Paris公式中材料常数C和m相关性分析可将式(1)改写为d a/d N=C i($K/K i)m的形式,则有C=C i K i–m,取对数后,可以得到:lg C=lg C i-m lg K i(2)式(2)说明lg C和m具有相关性。
焊点热疲劳裂纹产生机理_概述说明以及解释
焊点热疲劳裂纹产生机理概述说明以及解释1. 引言1.1 概述焊接是一种常用的金属连接工艺，广泛应用于各个行业中。
然而，焊点热疲劳裂纹是焊接过程中普遍存在的问题之一。
它不仅会降低焊接结构的强度和耐久性，还可能引起断裂事故，对设备和人员安全造成威胁。
1.2 文章结构本文主要从机理、概述说明和解释等方面对焊点热疲劳裂纹产生进行阐述。
具体内容按如下结构展开：第二部分将详细介绍焊点热疲劳裂纹产生的机理。
包括焊接过程中的温度变化和应力分布，以及焊接材料的物理性质对热疲劳裂纹产生的影响以及微观组织变化引起的裂纹形成机制。
第三部分将概述说明焊点热疲劳裂纹的特征与形态，并对影响焊点热疲劳裂纹生成的因素进行探讨。
同时，通过实例分析典型应用领域中的焊点热疲劳裂纹，为读者提供更直观的参考。
第四部分将解释焊点热疲劳裂纹产生的机理。
主要包括塑性变形引起的应力集中效应和开裂倾向增加机制、温度梯度引起的残余应力和组织变化导致裂纹生成机制，以及焊接工艺参数对热疲劳裂纹形成的影响机制等内容。
最后，第五部分将总结对焊点热疲劳裂纹产生机理的综合认识，并给出在焊接过程中预防和控制焊点热疲劳裂纹的具体措施建议。
同时，提出未来的研究方向，以推动相关领域的进一步发展。
1.3 目的本文旨在深入了解焊点热疲劳裂纹产生机理，并对其进行全面概述和详细解释。
通过对该问题的深入分析，期望能够提高人们对焊接过程中焊点热疲劳裂纹问题的认识，为预防和控制该问题提供科学依据，并促使相关领域在未来的研究中取得新的突破。
2. 焊点热疲劳裂纹产生机理:2.1 焊接过程中的温度变化和应力分布:在焊接过程中，焊点受到了高温冷却循环的作用影响。
当焊点在短时间内被加热到高温，并随后迅速冷却时，会产生温度梯度，从而引起焊点内部的热应力。
这种温度变化和应力分布是导致焊点热疲劳裂纹产生的主要原因之一。
2.2 焊接材料的物理性质对热疲劳裂纹产生的影响:不同材料具有不同的物理性质，如热导率、膨胀系数和导热系数等。
疲劳裂纹预制
疲劳裂纹的预制1 实验目的为测定金属材料的平面应变断裂韧度K IC而预制疲劳裂纹2 仪器及设备1、程控高频疲劳机2、镜式引伸仪3、高度尺4、平台3 实验原理由于线弹性断裂力学所研究的对象是尖锐裂纹，所以，测定K IC所用试件的裂纹尖端必须是尖锐的，这种尖锐裂纹常利用疲劳试验的方法加以制作。
通常的做法是先用机械加工方法或电火花方法加工出一引发缺口，然后在疲劳试验机上加交变循环载荷预制出疲劳裂纹。
因此，试件的裂纹由引发缺口和疲劳裂纹两部分组成，裂纹长度a就等于引发缺口长度a0与疲劳裂纹长度a f之和（如图7－1所示），裂纹长度a应在0.45W~0.55W(W为试件的高度)之间。
为避免引发缺口根部附近材料状态的变化对裂纹尖端附近材料性质的影响，制作出合格的裂纹，要求引发缺口长度要比疲劳裂纹长度大，通常在a f ≥0.05a与a f≥1.3mm 中选较大值为疲劳裂纹长度。
图7－1 裂纹结构示意图疲劳裂纹引发缺口共有四种形式：直通型缺口、山形缺口（如图7－2所示）、末端为圆孔的缺口以及钼丝切割的缺口。
为保证顺利地预制出合格的疲劳裂纹，切口根部半径应足够小。
其中，山形切口的根部半径≤0.25mm,其余切口的根部半径≤0.08 mm。
三点弯曲疲劳试样及实验装置如图7－3所示。
4 试样形状和尺寸试件形状凡是具有K I 标定表达式且便于测试的试样，都可以用来测定K IC 。
GB4161—1984国家标准规定了四种标准试样：三点弯曲试样、紧凑拉伸试样、C 型拉伸试样，以及圆形紧凑拉伸试样。
三点弯曲试样具有容易加工和便于加载的优点，平面应变断裂韧度K IC 的测定常采用三点弯曲试样，它的简图如图7－3所示。
图7－3 三点弯曲疲劳试样及实验装置试样尺寸大量试验结果表明，一般情况下，材料的临界应力强度因子K IC 与试样厚度B ，裂纹长度a 和韧带宽度（W －a ）均有关。
只有当试样尺寸满足平面应变和小范围屈服的力学条件时，才能获得稳定的K IC 值。
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疲劳裂纹的预制
1 实验目的
为测定金属材料的平面应变断裂韧度K IC而预制疲劳裂纹
2 仪器及设备
1、程控高频疲劳机
2、镜式引伸仪
3、高度尺
4、平台
3 实验原理
由于线弹性断裂力学所研究的对象是尖锐裂纹，所以，测定K IC所用试件的裂纹尖端必须是尖锐的，这种尖锐裂纹常利用疲劳试验的方法加以制作。
通常的做法是先用机械加工方法或电火花方法加工出一引发缺口，然后在疲劳试验机上加交变循环载荷预制出疲劳裂纹。
因此，试件的裂纹由引发缺口和疲劳裂纹两部分组成，裂纹长度a就等于引发缺口长度a0与疲劳裂纹长度a f之和（如图7－1所示），裂纹长度a应在0.45W~0.55W(W为试件的高度)之间。
为避免引发缺口根部附近材料状态的变化对裂纹尖端附近材料性质的影响，制作出合格的裂纹，要求引发缺口长度要比疲劳裂纹长度大，通常在a f ≥0.05a与a f≥1.3mm 中选较大值为疲劳裂纹长度。
图7－1 裂纹结构示意图
疲劳裂纹引发缺口共有四种形式：直通型缺口、山形缺口（如图7－2所示）、末端为圆孔的缺口以及钼丝切割的缺口。
为保证顺利地预制出合格的疲劳裂纹，切口根部半径应足够小。
其中，山形切口的根部半径≤0.25mm,其余切口的根部半径≤0.08 mm。
三点弯曲疲劳试样及实验装置如图7－3所示。
4 试样形状和尺寸
试件形状
凡是具有K I 标定表达式且便于测试的试样，都可以用来测定K IC 。
GB4161—1984国家标准规定了四种标准试样：三点弯曲试样、紧凑拉伸试样、C 型拉伸试样，以及圆形紧凑拉伸试样。
三点弯曲试样具有容易加工和便于加载的优点，平面应变断裂韧度K IC 的测定常采用三点弯曲试样，它的简图如图7－3所示。
图7－3 三点弯曲疲劳试样及实验装置
试样尺寸
大量试验结果表明，一般情况下，材料的临界应力强度因子K IC 与试样厚度B ，裂纹长度a 和韧带宽度（W －a ）均有关。
只有当试样尺寸满足平面应变和小范围屈服的力学条件时，才能获得稳定的K IC 值。
为此要求
()B a W a ⎫⎪⎬⎪-⎭≥22.5()IC Y K σ
式中，B 是由平面应变条件对厚度的要求，a 和（W －a ）是小范围屈服条件对裂纹长度和韧带宽度的要求,Y σ为屈服极限S σ或名义屈服极限2.0σ。
因为材料的S σ或2.0σ是已知的，故只要估计一个K IC 值就可确定试样的厚度B 。
若K IC 值难以估计，可按GB4161-84所推荐的数据，按E ys /σ来选择B 。
厚度B 确定后，标准试样的高度W 和跨度S 的尺寸按以下比例确定，即
B ∶W ∶S ＝1∶2∶8
试样总长L 要稍大于S ，可取L ＞4.1W 。
5 载荷的确定
交变载荷P f
为防止在疲劳裂纹尖端形成过大的塑性区而使裂纹尖端钝化，必须对预制疲劳裂纹时所施加的交变载荷的最大值加以限制。
通常规定交变载荷的最大值在裂纹尖端产生的应力强度因子K fmax 不得大于0.6~0.7K IC ,这一要求只在后一半疲劳裂纹的预制过程中得到满足即可，为了使裂纹及早形成，开始时可以施加较大的载荷。
应该注意的是，在按上述要求估算预制疲劳裂纹所加交变载荷的最大值时，不能采用选择B 时所取的K IC 估计值，而要取一个偏低的值。
8－1 三点弯曲试样（TPB 试样）
取预制疲劳裂纹所加交变载荷的应力比R≤0.1（R=P fmin / P fmax）,按下述方法估算预制后一半疲劳裂纹所施加的交变载荷：选定K IC估计值，按K fmax＝ 0.6~0.7K IC计算K fmax，再将K fmax 和a/W=0.5代入试件的K I计算公式计算出对应的P,即为所加交变载荷的最大值P fmax，而交变载荷的最小值则为P fmin ≤0.1P fmax。
静载荷P l和动载荷P a
静载荷P l和动载荷P a可分别按以下两式确定
P l＝P fmin＋0.5×(P fmax -P fmin)
P a＝0.5×(P fmax -P fmin)
6 实验步骤
1、试样外形尺寸的测量。
试验前用卡尺在裂纹前缘韧带部分测量试件厚度B三次，测量
精度精确到0.1%B 或0.025mm，取其较大者，计算平均值。
在切口附近测量试样宽度三次，测量精度精确到0.1%W或0.025mm，取其较大者，计算平均值。
测出机制裂纹长度a0；
2、在平台上，用高度尺对试样划三条水平平行线，第一根以a0的端点为切线，然后每隔
1mm划一根线；
3、装好试样，调好跨度S，使机械切口对准S/2处；
4、按高频疲劳机操作步骤加静载荷P l；
5、启动动载荷部分，选好共振频率，5分钟后按疲劳机动载控制部分操作规定加动载荷
P a；
6、调好镜式引伸仪，使观察机制裂纹及端点划线清晰为好，仔细观察疲劳裂纹的形成。
当主裂纹形成后，减小10％P a；当疲劳裂纹扩展到1.5mm处时，立即关闭振动开关、动载开关，然后卸掉静载荷，取下试样。
7 实验结果的处理
取下试样后，认真测量表面疲劳裂纹长度a f，满足要求就准备在试样上粘贴刀口，准备下一步测K IC的工作。
8 注意事项
1、在预制裂纹过程中，操作者不得离开设备，随时观察裂纹扩展的进展情况，观察载荷有
无变化，如与预定不符，立即调整。
2、疲劳裂纹不宜过长，表面a f达到1.5mm,试样中心可能已达到2mm,如果裂纹过长，会使
载荷及扩展速率失稳，整个实验失败。