用现有疲劳试验数据确定疲劳裂纹扩展率
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。
断裂力学 疲劳裂纹的扩展
5.2 疲劳裂纹的扩展速率
a
疲劳裂纹扩展的定量表示用 N
或 da
dN
， N 是交变应力循环
次数增量， a 是相应的裂纹长度的增量。
疲劳裂纹扩展速率:
a N
（或
da dN
），表示交变应力每循环
一次裂纹长度的平均增量（mm/次），它是裂纹长度a、应
KK1m axK1m in
其中 K1max、K1min 分别是交变应力最大值和最小值所计算的应 力强度因子。
Paris公式为最基本的公式，许多学者提出了对其的修正方案。主 要有Donahue、Priddle、Walker等。
Paris应力强度因子理论与实验结果符合较好的一种 理论.
第 I 阶段 KI Kth 门槛值
（疲劳裂纹扩展寿命）
其中 Kf(a)为应力强度因子幅度，f ( a ) 是裂纹长
度的函数，c、m为常数。
三. 影响疲劳裂纹扩展速率的因素
虽然Paris公式中只有几个参数，但实际还有其它的影响因素：
1）平均应力 m 的影响：平均应力升高，da/dN升高， 故常在表面做喷丸处理，产生压应力，减小 m 。 2）超载的影响：大载荷时能产生塑性区，然后相当 于卸载，但塑性变形不能恢复，而弹性必须要恢复， 产生压应力，相当于减小 m ，故降低 da/ dN。 3）加载频率的影响。 4）其他因素的影响
dN
式中： 为裂纹尖端张开位移幅度。
2.J积分表达式
da C(J )r dN
C与r是材料常数，J积分写成： J2Y2 de
其中Y为裂纹的几何形状因子。
扩展速率为 1 0 3 mm/每循环.
4）断裂阶段 扩展到 a c 时，失稳导致快速断裂。
材料疲劳裂纹扩展研究综述
材料疲劳裂纹扩展研究综述摘要:疲劳裂纹扩展行为是现代材料研究中重要的内容之一。
论述了组织结构、环境温度、腐蚀条件以及载荷应力比、频率变化对材料疲劳裂纹扩展行为的影响。
总结出疲劳裂纹扩展研究的常用方法和理论模型，并讨论了“塑性钝化模型”和“裂纹闭合效应”与实际观察结果存在的矛盾温度、载荷频率和应力比是影响材料疲劳裂纹扩展行为的主要因素。
发展相关理论和方法，正确认识影响机理，科学预测疲劳裂纹扩展行为一直是人们追求的目标。
指出了常用理论的不足，对新的研究方法进行了论述。
关键词: 温度; 载荷频率; 应力比; 理论; 方法; 疲劳裂纹扩展1 前言19世纪40年代随着断裂力学的兴起，人们对于材料疲劳寿命的研究重点逐渐由不考虑裂纹的传统疲劳转向了主要考察裂纹扩展的断裂疲劳。
尽量准确地估算构件的剩余疲劳寿命是人们研究材料疲劳扩展行为的一个重要目的。
然而，材料的疲劳裂纹扩展研究涉及了力学、材料、机械设计与加工工艺等诸多学科，材料、载荷条件、使用环境等诸多因素都对疲劳破坏有着显著的影响，这给研究工作带来了极大困难。
正因为此，虽然对于疲劳的研究取得了大量有意义的研究成果，但仍有很多问题存在着争议，很多学者还在不断的研究和探讨，力求得到更加准确的解决疲劳裂纹扩展问题的方法和理论。
经过几十年的发展，人们已经认识到断裂力学是研究结构和构件疲劳裂纹扩展有力而现实的工具。
现代断裂力学理论的成就和工程实际的迫切需要，促进了疲劳断裂研究的迅速发展。
如Rice的疲劳裂纹扩展力学分析(1967年) ，Elber的裂纹闭合理论(1971年) ，Wheeler 等的超载迟滞模型(1970年) ，Hudak等关于裂纹扩展速率标准的测试方法，Sadananda和Vasudevan ( 1998年)的两参数理论等都取得了一定成果。
本文将对其研究中存在问题、常用方法和理论模型、以及温度、载荷频率和应力比对疲劳裂纹扩展影响的研究成果和新近发展起来的相关理论进行介绍。
金属材料疲劳裂纹扩展门槛值测定
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 金属材料疲劳裂纹扩展门槛值测定实验目的了解疲劳裂纹扩展门槛值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门槛值的作用和认识。
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1. 测量试样尺寸。
在本次实验中，试样厚度B=12.50mm ，宽度为25.00mm 。
其他数据见附表“疲劳裂纹门槛测定数据”。
2. 疲劳裂纹扩展门槛值的计算 1） 近门槛值附近的da/dN近门槛值附近的da/dN 可用割线法处理数据，其表达式为：11d ()/()i i i i i da N a a N N ++=--（） （1-1）利用上式，可在a-N 曲线上计算连接相邻两个数据点的直线斜率。
2）△K由于计算的/da dN 是增量1()i i a a +-的平均速率，故平均裂纹长度1()/2i i a a ++只能用来计算K ∆的值。
思考题：分析讨论金属材料疲劳裂纹扩展速率和疲劳裂纹门槛值测试原理和方法的异同答：1.相同点：1）均采用的是三点弯曲试样，且试样相同。
2）试验程序的前两部都为测量试样尺寸，预制疲劳裂纹。
3）裂纹扩展速率 da/dN和应力强度因子幅度∆K的处理方法相同。
4）在测量时都是以Paris公式作为数据处理的依据，或者说以疲劳裂纹扩展速率曲线的第二阶段为主要依据的。
2.不同点：1）测量疲劳裂纹门槛值时采用的加载方式是降K程序。
在力值比R不变的条件下，用自动或手动的降K程序来实现。
初始的应力强度因子范围可以选择等于或大于预制疲劳裂纹时最终△K值，以后随着裂纹的扩展而连续降力或分级降力。
而在研究疲劳裂纹扩展速率时的最大交变载荷为恒定值。
2）金属材料疲劳裂纹扩展速率试验主要是在裂纹扩展的第一阶段测定，而金属材料疲劳裂纹门槛值试验需要在裂纹扩展的第一、二阶段测定；3）试验程序不同，金属材料疲劳裂纹扩展速率试验有试样参数的选择和裂纹扩展长度的测量，而金属材料疲劳裂纹门槛值试验则不需要，只需降低 K程序；4）裂纹扩展速率的处理方法不同，金属材料疲劳裂纹扩展速率试验有割线法和递增多项式法，而金属材料疲劳裂纹门槛值试验只有割线法。
疲劳裂纹扩展门槛值的确定方法研究
疲劳裂纹扩展门槛值的确定方法研究1. 引言疲劳裂纹扩展门槛值是指材料或结构在受到疲劳载荷作用下，裂纹开始扩展的临界条件。
研究疲劳裂纹扩展门槛值的确定方法对于预测和控制材料或结构的疲劳寿命具有重要意义。
本文将探讨疲劳裂纹扩展门槛值的确定方法及其应用。
2. 疲劳裂纹扩展门槛值的意义疲劳裂纹扩展门槛值是材料或结构在疲劳载荷作用下的抗裂纹扩展能力的表征。
它是预测和控制材料或结构疲劳寿命的重要参数。
准确确定疲劳裂纹扩展门槛值可以帮助我们评估结构的安全性，并制定合理的维修和检测策略。
3. 疲劳裂纹扩展门槛值的测定方法3.1 实验测定方法实验测定方法是研究疲劳裂纹扩展门槛值的常用方法之一。
通过在实验中对材料或结构施加疲劳载荷，并观察裂纹扩展行为，可以确定裂纹扩展门槛值。
常用的实验方法有裂纹扩展试验、准静态试验和动态试验等。
3.2 数值模拟方法数值模拟方法是研究疲劳裂纹扩展门槛值的另一种重要手段。
通过建立材料或结构的数值模型，并应用适当的疲劳损伤模型，可以模拟裂纹扩展过程并计算扩展门槛值。
常用的数值模拟方法有有限元法、离散元法和位错动力学模拟等。
4. 影响疲劳裂纹扩展门槛值的因素疲劳裂纹扩展门槛值受多种因素的影响，包括材料的力学性能、裂纹形态和环境条件等。
其中，材料的韧性、硬度和强度等力学性能对门槛值的确定具有重要影响。
此外，裂纹的形态参数如长度、深度和形状等也会对门槛值产生影响。
环境条件如温度、湿度和腐蚀等因素也会对门槛值的测定结果产生影响。
5. 疲劳裂纹扩展门槛值的应用疲劳裂纹扩展门槛值的准确测定可以用于评估材料或结构的疲劳寿命，并制定合理的维修和检测策略。
在航空航天、汽车和桥梁等领域，疲劳裂纹扩展门槛值的应用具有重要的工程意义。
通过控制裂纹扩展的速率，可以延长材料或结构的使用寿命，提高工程安全性。
6. 结论疲劳裂纹扩展门槛值的确定方法对于预测和控制材料或结构的疲劳寿命具有重要意义。
实验测定方法和数值模拟方法是研究疲劳裂纹扩展门槛值的常用手段。
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。
破损舰体结构疲劳裂纹扩展试验研究
（ ．Ｃ ｌｇ ｆ ａａ Ａ ｃｉｃｕｅａｄＰ ｗ ｒ ａａ Ｕ ｉ ｒ ｔ ｏ Ｅ ｇ ｅｒ ｇ １ ｏｅｅｏ ｖｌ ｒｈ ｅｔｒ ｎ ｏ ｅ，Ｎ ｖｌ ｎ ｅｓｙ ｆ ｎｉ ｅ ｎ ，Ｗｕ ａ ３０ ３ ｈ ａ２ ｌ Ｎ ｔ ｖ ｉ ｎ ｉ ｈｎ４ ０ ３ ，Ｃ ｉ ； ．Ｍ ｌａ ｅｒｓｎａｖ ｎ ｉｔｙ Ｒ ｐｅｅｔｔｅ ｉｒ ｉ Ｏｆｅ Ｎ ｖ ｔｈ ｕ ｏｇＺ ｏｇｕ ｈｐｕｌｉｇ Ｇ ｏｐ ｏ ，ｔ． Ｓａ ｇａ ２０ ２ ，Ｃ ｉａ ｆｃ ， ａｙａ ｔ Ｈ ｄｎ—ｈｎｈ ａＳ ｉ ｉ ｎ （ ｒｕ ）Ｃ ． Ｌｄ ， ｈｎｈ ｉ ０ １９ ｈ ） ｉ ｅ ｂ ｄ ｎ
值．
关键词 ： 舰体结构 ； 裂纹扩展速率 ； 疲劳试验 ； 疲劳应力
中图 分 类 号 ： ６ ８ １ 文 献 标 志 码 ： 文 章 编 号 ： ０ －０ ３ ２ １ ） １１２ － Ｕ ６ ． Ａ １ ６７ （０ ０ １ — ４０ ０ ４ ４ ６
Ｅｘ ｅ ｉ ｅ ｔ ｌｒ ｓ ａ ｃ ｎ ｔ ｅ ｐ ｏ ｇ ｔｏ ｆ ｐ ｒｍ ｎ ａ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｈ ｒ ｐａ ａ ｉ ｎ ｏ ａ ｆ ｔｇ ｅ ｃ ａ ｋ ｉ ａ ａ ｅ ｒ ｈ ｐ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ａ ｉ ｕ ｒ ｃ ｎ ａ ｄ ｍ ｇ ｄ ｗａ ｓ ｉ ｔ ｕ ｔ ｒ
疲劳试样进行了拉伸疲劳试验 ， 研究 了平板和加 筋板 预制缺 口疲劳试样 在拉伸疲 劳载荷作用下的裂纹扩展规律 ， 确定 了 不同疲劳应力 幅值作用下疲劳试样裂纹开裂 的临界疲劳次数 ， 得出了裂纹长度 、 疲劳载荷循环次数和疲劳应力幅值之间
的拟合关系式 ， 与高频疲劳试验进行了 比较． 并 试验结 果对 预报破损舰船在波浪中航行 时的裂纹扩展情况有重要 参考价
基于试验数据的疲劳裂纹扩展门槛值研究
基于试验数据的疲劳裂纹扩展门槛值研究朱明亮;轩福贞;梅林波;王思玉【期刊名称】《机械强度》【年(卷),期】2010()5【摘要】试验确定门槛值是最常用和最基本的方法,裂纹闭合使其准确性受到质疑。
文中总结基于试验数据确定门槛值的方法,依据高低压一体化转子材料的疲劳门槛值试验和疲劳裂纹稳定扩展数据,对不同确定方法进行比较。
结果发现高压端(high-pressure zone,HP)门槛值比低压端(low-pressure zone,LP)大,最大载荷法、简易方法和近似公式确定的门槛值偏大,而由Paris公式直接外推所得门槛值过小,近似公式计算的门槛值准确性不高。
通过分析晶粒尺寸对裂纹扩展路径的影响,认为高压端与低压端门槛值不同是由于裂纹闭合程度不同引起的,粗糙度诱发裂纹闭合占主导作用。
【总页数】5页(P805-809)【关键词】门槛值;疲劳裂纹扩展;裂纹闭合;小裂纹【作者】朱明亮;轩福贞;梅林波;王思玉【作者单位】华东理工大学机械与动力工程学院;上海汽轮机有限公司【正文语种】中文【中图分类】TG111.8【相关文献】1.孔边角裂纹近门槛区疲劳裂纹扩展规律及门槛值研究 [J], 罗毅;刘文珽2.疲劳近门槛值区裂纹扩展模式变化的试验研究 [J], 朱明亮;轩福贞;安春香3.NiCrMoV型汽轮机转子焊接接头疲劳裂纹扩展门槛值试验研究 [J], 刘霞;沈红卫;乔尚飞;丁玉明;王朋;芦凤桂4.TA5钛合金的疲劳裂纹扩展门槛值与疲劳裂纹扩展速率的关系 [J], 王孔探;张文毓;秦广义5.复合材料疲劳Ⅱ型层间裂纹扩展门槛值试验方法研究 [J], 于志成因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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。
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的疲劳裂纹扩展速率试验方法是评估材料在循环加载下裂纹扩展的性能，为车辆、航空器等结构的安全评估和寿命预测提供依据。
下面将介绍一种常用的金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法。
1.实验介绍本试验是通过对金属试样进行循环加载，在加载过程中观察和测量裂纹的扩展情况，从而确定裂纹扩展速率。
试验中使用的金属试样通常是具有初始裂纹的紧凑脆性试样，如K细缝试样。
2.试验步骤（1）试样的制备：根据标准要求，制备金属试样。
通常是在金属试样表面切割或划线，制造一个预定长度和形状的初始裂纹。
（2）试验设备准备：将试样装置在试验机上，确保试样可以受到施加的应力和力的控制。
（3）试验参数设置：根据试样和材料的性质，设置循环加载的参数，包括应力幅、载荷频率、试验环境等。
（4）开始试验：通过控制试验机施加预定的应力和力，开始试验。
在加载的过程中，随时记录试样的位移和应力等数据，并定期检查裂纹的扩展情况。
（5）试验结束和数据处理：当试验满足设定的裂纹长度或裂纹扩展次数时，结束试验。
根据记录的数据，计算裂纹的扩展速率。
3.数据处理和结果分析通过分析试验数据，可以得到材料在循环加载下裂纹扩展的速率。
一般来说，疲劳裂纹扩展速率与应力强度因子相关，可以使用巴里-戴尔动态断裂力学模型等公式计算疲劳裂纹扩展速率。
4.注意事项在进行金属材料疲劳裂纹扩展速率试验时，需要注意以下几点：（1）试样制备和试验设备的准备必须符合标准要求，确保试验结果的准确性和可靠性。
（2）试验参数的设置应根据材料的特性和试验需要进行合理调整，以确保试验的可重复性和可比性。
（3）试验过程中需要及时记录数据并对试样及设备进行检查，以确保试验的顺利进行。
（4）试验结束后，需要对数据进行处理和分析，得出准确的裂纹扩展速率。
综上所述，金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法通过对金属试样进行循环加载，观察和测量裂纹扩展情况，从而确定裂纹扩展速率。
这一试验方法为金属材料的安全评估和寿命预测提供了基础数据。
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。
paris方程可以估算疲劳裂纹剩余扩展寿命_概述说明
paris方程可以估算疲劳裂纹剩余扩展寿命概述说明1. 引言1.1 概述疲劳裂纹是材料在长期使用或受到重复载荷作用下出现的一种常见损伤形式。
这种裂纹扩展不仅会导致结构件的失效，而且可能引发严重的事故。
因此，对疲劳裂纹剩余扩展寿命进行准确估算具有重要意义。
本文将介绍一种被广泛应用于疲劳裂纹剩余扩展寿命估算的方法，即Paris方程。
该方程基于实验数据和理论模型，可以预测材料中存在的疲劳裂纹在经历一定载荷后继续扩展的剩余寿命。
它已经在许多工程领域得到了成功应用和验证。
1.2 文章结构本文共分为5个部分进行阐述。
首先是引言部分，概要介绍了本文讨论的主题和文章结构；其次是Paris方程简介，包括定义、疲劳裂纹剩余扩展寿命概念解释以及应用领域；接着是疲劳裂纹剩余扩展寿命估算方法，其中包括基于Paris方程的理论模型介绍、实验数据处理与分析方法以及实际工程应用案例介绍；然后是实验验证与结果讨论，包括实验设计和参数设置、结果分析与讨论以及可行性与局限性评估；最后是结论与展望，总结研究成果并提出未来研究的建议和展望。
1.3 目的本文的主要目的是探索Paris方程在估算疲劳裂纹剩余扩展寿命中的应用价值，并对其进行全面概述。
通过对该方法的介绍和分析，有助于工程师和科研人员了解如何利用Paris方程进行疲劳裂纹寿命预测，并为相关领域中的工程设计和材料选择提供参考依据。
2. Paris方程简介2.1 Paris方程定义Paris方程是一种用于预测材料疲劳裂纹扩展速率的经验公式，它描述了裂纹长度随时间的增长情况。
该方程由Emmanuel Paris和Stephen S. Murry于1963年提出，并被广泛应用于疲劳寿命评估和结构健康监测领域。
Paris方程的数学形式如下：da/dN = C*(ΔK)^m其中，da/dN表示单位循环数内裂纹长度的增加量，C和m分别表示经验参数，ΔK代表应力强度因子范围。
通常情况下，C和m可通过实验获得或根据材料相关性质进行估算。
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。
焊接接头和结构的疲劳强度
第6章焊接接头和结构的疲劳强度§6-1 概述一、定义结构在变动载荷下工作，虽然应力低于材料的但在较长时间工作后仍发生断裂的现象叫金属的疲劳。
疲劳断裂金属结构失效的一种主要形式，大量统计资料表明，由于疲劳而失效的金属结构约占结构的90%例如：直升飞机起落架，疲劳断裂，裂纹从应力集中很高的角接板尖端开始，断裂时飞机已起落2118次。
再如：载重汽车的纵梁的疲劳裂纹，该梁承受反复的弯曲应力，在角钢和纵梁的焊接处，因应力集中很高而产生裂纹，开裂时该车运行3万公里。
可见，疲劳断裂是在正常的工作应力作用下经较长时间后产生的，也就是说疲劳断裂的结构是在应力低于许用应力的情况下产生的，这使我们联想到结构的低应力脆断，疲劳和脆断都是在低应力作用下产生的，那么它们之间有什么相同点和不同点呢？二、疲劳和脆断的比较疲劳和脆断都是低应力情况下的破坏，那么它们之间有什么异同三、疲劳的类型根据构件所受应力的大小、应力交变频率的高低，通常可以把金属的疲劳分为2类：一类为高速疲劳它是在应力低，应力交变频率高的情况下产生的，也叫应力疲劳，即通常所说的疲劳；另一类为低周疲劳，它是在应力高，工作应力近于或高于材料的屈服强度，应力交变频率低断裂时应力交变周次少（少于102—105次）的情况下产生的疲劳，也叫应变疲劳。
1、高速疲劳（应力疲劳）：载荷小（应力小），频率高，裂纹扩展速率小。
2、低周疲劳（应变疲劳）：应力高，频率低，裂纹扩展速率大。
焊接结构的疲劳破坏大部分属于第二类：低周疲劳。
§6-2 疲劳限的常用表示方法一、变动载荷（掌握σmax、σmix、σm、σa、r概念）金属的疲劳是在变动载荷下经过一定的循环周次后出现的，所以要首先了解变动载荷的性质。
变动载荷是指载荷的大小、方向或大小和方向都随时间发生周期性变化（或无规则变化）的一类载荷。
变动载荷的变化是如此的不同，那么该怎样来描述它的特性呢？除了无规则的变动载荷外，变动载荷的特性可用下列几个参量表示：σmax：应力循环内的最大应力σmin：应力循环内的最小应力σm =（σmax + σmin）/2：平均应力σa =（σmax－σmin）/2：应力幅值r =σmix /σmax：应力循环特征系数，r的变化范围是－∞～+1下面介绍几种典型的具有特殊循环特性的变动载荷：1、对称交变载荷应力波形如图，由图可见：这种变动载荷的σmin =－σmax应力循环特征系数r =－1 。
金属材料疲劳裂纹扩展速率实验
一.《金属材料疲劳裂纹扩展速率实验》实验指导书飞机结构强度实验室2007年3月金属材料疲劳裂纹扩展速率实验1 试验目的1．了解疲劳裂纹扩展试验的基本原理2．掌握金属材料疲劳裂纹扩展速率试验测定方法 3．掌握疲劳裂纹扩展试验测定装置的使用方法 4．掌握疲劳裂纹扩展数据处理方法 2 基本原理结构在交变载荷的作用下，其使用寿命分为裂纹形成寿命和裂纹扩展寿命两部分。
裂纹形成寿命为由微观缺陷发展到宏观可检裂纹所对应的寿命，裂纹扩展寿命则是由宏观可检裂纹扩展到临界裂纹而发生破坏这段区间的寿命，裂纹扩展由断裂力学方法确定。
2.1疲劳裂纹扩展速率裂纹扩展速率dN da ，即交变载荷每循环一次所对应的裂纹扩展量，在疲劳裂纹扩展过程中，dN da 不断变化，每一瞬时的dN da 即为裂纹长度a 随交变载荷循环数N 变化的N a -曲线在该点的斜率。
裂纹扩展速率dN da 受裂纹前缘的交变应力场的控制，主要是裂纹尖端的交变应力强度因子的范围K ∆和交变载荷的应力比R 。
线弹性断裂力学认为，在应力比不变的交变载荷的作用下，dN da 随K ∆的变化关系在双对数坐标系上呈图1所示的形状。
ⅠⅡⅢlog (∆K )∆K c∆K thlog(d a /d N )图1 d d a N K -∆曲线形状K dN da ∆-曲线分成三个阶段：低速扩展段I 、稳定扩展段II 和快速扩展段III ，阶段I 存在的垂直渐进线th K K ∆=∆称为裂纹扩展门槛值，当th K K ∆<∆时裂纹停止扩展，阶段III 存在的垂直渐进线c K K ∆=∆为材料的断裂韧度。
阶段III 对应的裂纹扩展寿命在整个裂纹扩展过程中所占的比例很小，对使用寿命的影响也很小，因此建立描述裂纹扩展速率的公式时主要考虑裂纹扩展的I 、II 阶段。
常用的描述裂纹扩展速率的公式有Paris 公式（式1）、Walker 公式（式2）、Forman公式（式3）、Hartman 公式（式4）、Klesnil 公式（式5）、IAB 公式（式6）等。
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用现有疲劳试验数据确定疲劳裂纹扩展率收录：《中国造船》 - 2003年,03期作者：周驰关键词：船舶疲劳寿命的预报在船舶与海洋工程领域中相当重要,但其关键问题是要找到一种较科学的疲劳寿命预报方法.最近,本文第二作者提出了一种海洋结构物疲劳寿命预报的统一方法.该方法是基于疲劳裂纹扩展理论而发展起来的,在其九个参数模型的假设之下,能够较好地解释一些其它方法所不能解释的现象.采用该方法的主要障碍在于需要确定疲劳裂纹扩展率.作者通过对不同的疲劳裂纹扩展率的比较研究,并推广McFvily模型后,提出了一个具有较宽适用范围的九个参数疲劳裂纹扩展率模型(从门槛域一直到不稳定断裂域).本文的主要目的是解决如何根据一些现有的疲劳试验数据来确定这九个模型参数的问题.文中给出了通过实验数据确定裂纹扩展率模型中各个参数的方法,并进行了模型参数的灵敏度分析.通过对文献中一些试验数据的收集,给出了几种常用金属材料的裂纹扩展率模型参数.Determination of Fatigue Crack Growth Rate Using Existing Data 正在加载...确定疲劳裂纹扩展理论门槛值的方法Methods of Determination of Fatigue Crack Growth Theoretical Threshold疲劳裂纹扩展<![CDATA[归纳介绍了确定<a href="../../?Keyword=_14277"><STRONG>疲劳裂纹扩展</STRONG></A>理论门槛值ΔKthT的方法,特别对利用<Ahref="../../?Keyword=_14277"><STRONG>疲劳裂纹扩展</STRONG></A>速率表达式、根据da/dN～ΔK试验数据外推确定ΔKthT的三种方法作了较为详细的介绍,并用四套试验数据进行评估,结果显示,如果所采用的表达式能够正确反映近门槛值区域的<Ahref="../../?Keyword=_14277"><STRONG>疲劳裂纹扩展</STRONG></A>规律,且参与外推的试验数据中又包含了足够多的近门槛值区域的数据点,这类方法获得的结果是基本一致的.]]><![CDATA[[1]Lui H W.Discussion in Respect to:The Fracture Mechanics Approach to fatigue of P C Paris,in Fatigue--An Interdisciplinary Approach[M].Edited by Burke J J.Syracuse UniversityPress,Syracuse,NY,1964:127～132[10]凌超,郑修麟.一种估算疲劳裂纹门槛值ΔKth的新方法[A].见:中国金属学会第三次全国疲劳学术会议论文集[C].天津:1989.15-1～15-13[11]Miller M S and Gallagher J P.An Analysis of Several Fatigue Crack Growth Rate Descriptions,in Fatigue Crack Growth Measurement and Data Analysis[S].ASTM STP738,1981:340～356[12]王永廉,吴永端.一个适用性广泛的疲劳裂纹扩展速率表达式[J].航空学报,1987,8(4):191～197[13]周克印.激光辐照工艺参数对提高30CrMnSiA钢的门槛值和剩余寿命的影响[J].南京航空学院学报,1993,25(4):479～485[14]张明.疲劳裂纹扩展门槛值试验方法的探讨[J].南京航空学院学报,1992,24(5):608～615[15]周克印.TC4钛板扩散连接后的疲劳断裂特性[J].机械强度,1998,20(2):112～115[16]邓乃扬.无约束最优化计算方法[M].北京:科学出版社,1982.259～280 [2]ASTM Committee E-24.Proposed ASTM Test Method for Measurement of Fatigue Crack Growth Rates,in Fatigue Crack Growth Measurement and Data Analysis[S],ASTM STP738,1981:340～356[3]中国国家标准局.金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法[S].中华人民共和国标准,GB 6398-86.北京:中国标准出版社,1986.1～27[4]Marci G.Fatigue Crack Propagation Threshold:What Is It and How Is It Measured[J].J of Testing and Evaluation ,1998,26(3):220～233[5]徐人平,段小建.理论门槛值的研究[J].强度与环境,1995,(4):12～16[6]王永廉.一种计算疲劳裂纹扩展门槛值的新方法[J].机械强度,1999,21(2):122～125[7]David Taylor.FatigueThresholds[M].London:Butterworth-Heinemann,1989.45～69[8]David Taylor.FatigueThresholds[M].London:Butterworth-Heinemann,1989.10～16[9]曾春华.疲劳裂纹扩展门槛值的研究进展[J].力学进展,1986,16(2):265～276]]>魏学军授予学位单位：中国科学院金属腐蚀与防护研究所授予时间：1997年7月二级学科名称：材料学指导教师：柯伟博士论文题目：腐蚀疲劳裂尖形变与载荷间交互作用研究摘要力学与环境因素共同作用所导致的材料腐蚀疲劳断裂是一种危害性极大的失效形式。
这一失效过程主要由材料局部形变、局部腐蚀行为及它们之间的交互作用所控制。
随机载荷腐蚀疲劳时，还必须考虑不同腐蚀条件下的变幅载荷间的损伤交互作用问题。
在该领域研究中，最主要的基本问题之一就是腐蚀环境中裂纹尖端材料的损伤过程到底是如何进行的。
这一问题不仅是解决环境敏感断裂寿命预测的物理基础, 也是机理研究与工程应用之间的桥梁。
然而，目前在国际上这一问题还没有很好解决，其主要原因在于缺少对腐蚀介质中裂尖形变行为的原位研究方法, 而传统的、常规的力学与断裂力学对裂尖形变的分析在腐蚀条件下通常是不适用的。
本文主要围绕两个方面开展工作：一是针对腐蚀疲劳裂尖局部力学－化学状态及其交互作用这一关键问题，首先建立了激光散斑微区形变测量技术，并用它原位研究了不同腐蚀条件对裂尖形变行为的影响，给出了腐蚀条件下的裂纹尖端微区损伤规律的系统研究结果；其二是从裂尖微区损伤出发，系统研究了变幅腐蚀疲劳过程中不同幅度载荷对损伤作用的规律，并在原位实验的基础上，对研究结果给出了全新的解释。
这些结果对腐蚀疲劳机制研究与寿命分析预测均具有重要理论和实际意义。
文中的主要内容和研究结果如下：建立了计算机控制的激光散斑干涉微区应变测量系统，采用快速付立叶变换及空域滤波技术消除了微区分析图象处理过程中的误差，发展了散斑干涉技术测量裂纹张开位移和裂纹闭合的新方法。
实现了散斑技术在介质中材料表面有溶解发生的条件下和高局部塑性变形条件下的位移场与形变场的原位测定。
通过上述方法，进行了下面两项工作：原位测量了常幅疲劳裂纹扩展过程中一个循环周期内裂尖形变的规律；研究了氢脆和阳极溶解条件下金属铜和A537钢的腐蚀疲劳裂尖的形变规律，并同时测量沿裂纹的张开位移分布与裂尖塑性区尺寸分布，比较了这两种腐蚀因素对裂尖内部形变与表面形变影响的差别。
这些工作结果表明，由于裂纹闭合和残余压应力的存在，疲劳裂纹尖端塑性区的尺寸与外加载荷的平方并不成正比。
裂尖形变主要发生在裂纹张开以后。
裂尖材料的应力-应变关系类似于光滑试样低周拉压疲劳应力-应变滞后关系, 但在施加应力初期，外应力不造成裂尖材料的损伤。
阳极溶解能促进金属表面形变，但对金属材料裂尖塑性区内形变没有直接影响。
阴极充氢可以导致快速加载条件下的塑性区尺寸下降，而且对塑性区内部和表面的影响是一致的。
分析表明，疲劳载荷下氢与快速运动的位错之间的作用使得腐蚀疲劳裂尖塑性区减小，出现与静载下塑性区增加相反的结果。
研究了不同腐蚀条件下载荷间的相互作用。
首先，建立了裂纹长度的弱电信号测量系统及恒D K自动控制实验技术，将国内外的电位降法测裂纹长度过程中常用的外加电流从10A量级降低到0.1A，大大减小了外加电流对腐蚀过程的影响。
采用上述恒D K和恒载荷控制两种不同的试验手段，研究了以不同方式叠加在主载荷D P上的小幅载荷在疲劳裂纹扩展过程中的作用规律，以及腐蚀因素对它的影响。
由于裂纹闭合的作用，叠加在主载荷底部的小幅载荷对裂纹扩展的加速作用小于叠加在顶部的相同幅度的小载荷。
空气中如果小幅载荷在裂尖的塑性应变幅接近于零，其对裂纹扩展就不产生任何影响，裂尖局部的塑性应变的大小是载荷损伤的量度，是无腐蚀条件下寿命预测过程中小载荷取舍的一个可靠的判据。
阳极溶解与氢脆总是增加底部小幅载荷的作用，而对顶部小载荷作用的影响比较复杂。
一般情况下，当小载荷的幅度较小时，腐蚀条件下的小载荷对裂纹扩展的加速作用大于空气中的结果；当小载荷的幅度较大时，结果正好相反。
结合裂尖形变规律和阳极溶解、氢脆机制，讨论了腐蚀疲劳小幅载荷损伤机理。
研究了恒D K条件下单次拉伸超载阻滞效应及超载前后裂尖形变和裂纹闭合的变化规律，详细讨论了超载比及阳极溶解、氢脆对超载阻滞效应的影响。
A537钢超载效应由塑性诱发裂纹闭合、残余压应力和裂尖钝化等因素共同控制，在同一试验中不同的裂纹扩展阶段它们所起的作用不同，有的还可以相互转化。
空气中与阳极极化条件下，超载对裂纹扩展存在“延迟阻滞效应”，超载后裂纹扩展过程由超载扩展、减速扩展与恢复三阶段组成。
而阳极溶解条件下，由于裂尖严重钝化，超载对裂纹扩展存在“立即阻滞效应”。
阳极溶解与氢脆等腐蚀因素都降低了塑性诱发裂纹闭合效应，加速裂尖形变硬化的缓解，降低裂纹扩展阻滞幅度。
单次拉伸超载裂纹扩展的阻滞效应是超载与常幅载荷之间作用的结果，而间歇超载除了超载与常幅载荷相互作用以外，还要考虑超载之间的相互作用，它是一个最简单的变幅载荷谱。