基于损伤容限设计的疲劳裂纹扩展寿命估算
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研 穷与 分 析
・
机械研究与应 用 ・
基 于损 伤 容 限设计 的疲 劳 裂 纹 扩展 寿 命 估 算
赵志平， 李新勇
（１ 兰州工业高等专科学校 ， 肃 兰州 ． 甘 ７０ ５ ） ３ ｏ ０
摘
要： 从损 伤容限设 计概 念出发 ， 以断裂力学理论为基础 ， 在承认零构件 内具有初始缺 陷的基础上 ， 用著名 的 Ｐｒ 应 ａ － ｉ裂 纹扩展速 率公 式， ｓ 以对 １２ ００冷轧薄钢板在承受单轴恒 幅循环载荷下的寿命 次数的估算为例 ， 绍 了一种 介 简单 实用 的疲 劳寿命 估算方 法， 从而为技术人 员在进 行含 裂纹件 的疲 劳裂 纹扩展寿命计 算 中提供 一定的理
论依据 。
关键词 ： 疲劳； 损伤容限设计； 劳裂纹扩展 ； 疲 寿命估算
中图分类号 ：Ｇ １ Ｔ １３ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０６—４ １ （０ ０ ０ ０ ４ ０ １０ ４ ４ ２ １ ）３— ０ ２— ２
Ｅｓｉ ａ ｉ ｎ ｔ ｅ ｌｆ ｆｔ ａ ｇ ｅ ｃ ａ ｋ ｏ ｇ ｔｏ ｂ ｓ ｄ ｔｍ ｔｏ ｈ ｉｅ ｏ ｈｅ ｆ ｔ ｕ ｒ ｃ ｐｒ ｐａ ａ ｎ ａ ｅ ｉ ｉ
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１ 损伤容 限设计概念
常规 疲劳设 计 方法 和局 部 应力 应 变 法 都是 以材
前要保持一定的剩余强度 ， 能够安全使用 ， 直至下次 检修时能够发现 ， 予以修复或更换。因此 ， 损伤容限 设计的关键问题是正确估算剩余寿命 ［ 。 １ 】
料的完整性为前 提的。但是 ， 实际零构件在加工中， 由于种种原因， 往往存在着这样那样的缺陷或裂纹 。
２ 疲劳扩展寿命的估算
断裂 力学 是研究 疲 劳裂 纹 扩 展 的一 个 有 用 工具
为了考虑初始缺陷或裂纹对疲劳寿命的影响， 便在断 裂力学和破损 一 安全设计原理的基础上， 提出了一种
新 的疲 劳设 计方 法 一损伤 容 限设 计 。
损伤容限设计是破损 一 安全设计准则 的体现与 发展 ， 它承认 结构 中存 在着 未 被 发 现 的初 始 缺 陷 、 裂
ｒ ｌ ｄ ｓｅ ｌｓ ｅ ｔ ｎ ｅ ｎ ａ ｉ ｏ ｓａ ｔ ｐｉ ｄ ｙ ｌ ａ ｓ ｏ ｅｂ ｓ ｄ ｏ ｍｏ ｓｐ ｒｓｆｒ ｌ ｆ ｒ ｃ ｒ ｗ ｈｒ ｔ ， ｕ ｏｌ ｔｅ ｈ ｅ ｄ ｒｕ ｉｘ ａ ｃ ｎ ｔｎ ｅ ｕ ｌ ｍ ａ ｌ ｕ ｅ ｃ ｃｅ ｌ ｄ ｉ ｄ ｎ ａ ｅ ｎ ｆ ｔ ｏ ａ ｕ ａｉ ｍｕ ａｏ ａ ｋ ｇ ｏ ｔ ｅ ｔ ｓ ｏ ｃ ａ ｈ
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ＣＡ （ Ｋ）
ｄ ａ
＝
纹或其他损伤， 在使用过程 中， 在循环载荷作用下将 不 断扩 展 。通 过 分析 和实验 验证 ， 对可检 结构 给 出检 修 周期 ， 对不 可检 结构 提 出严 格 的剩余 强度要求 和裂
纹增 长 限制 ， 以保 证结 构 在 给 定使 用 寿 命期 内 ， 致 不 因未被 发现 的初始 缺 陷 的扩 展 失 控造 成 构 件 的灾 难 性事 故 。
Ａｂ ｔａ ｔ ｈ ｓｐ ｐ ｒ ｎ ｒｄ ｃ ｓａ ｓｍｐ ｅｍｅｈ ｄ ｏ ｔ ｕ ｉ ｓｉ ｔ ｎ ｂ ｓ ｄ ｏ ａ ｇ ｌｒ ｎ ｅ ｄ ｓ ｎ ａ ｄ ｆａ ｔ ｒ — ｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｉ ａ ｅ ｔ ｕ ｅ ｉ ｌ ｔ ｏ ｆ ａｉ ｅｌ ｅｅ ｔ ｉ ｏ ｆ ｇ ｆ ｍａｉ ａ ｅ ｎ ｄ ｍａ ｅ ｔ ｅ ａ ｃ ｅ ｉ ｎ ｃ ｕ ｅ ｍｃ ｏ ｏ ｇ ｒ ｃ ａ ｉｓｗｉ ｄ ｔ ｎ ｉ ａ ｅ ｅ ｔ ｎ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｓ ，ａ ｈ ａ ｉ ，ａｌ ｘ ｐ ｅ ｏ ｔ ｕ ｉ ｓ ｍａｉ ｎ ｆｒ １ ２ ｏｄ— ｈ ｎ ｃ ｔ ａ ｍｉ ｉ ｇ ｉ ｔ ｌｄ ｆｃ ｓｉ ｏ ｏ ｅ ｔ ｈ ｔ ｎｉ ｔ ｅ ｓ ｍｅ ｔ ｔ ｍｅ ｌ ｅ ａ ｌ ｆｆ ｉ ｅ ｌ ｅ ｅ ｔ ｔ ｏ ０ ０ ｃ ｌ ｍ ａｇ ｆ ｉ ｏ
和常规方法。其基本步骤是： 首先得到结构在一定疲 劳载荷作用下的应力强度因子 ， 再根据疲劳裂纹扩展 速 率 的实 验结果 ， 而 预测 结 构 的剩余 疲 劳 寿 命 ［ 。 进 ２ ］ 疲劳裂纹扩展速率 ｄ／ Ｎ是剩余寿命估算 的基础。 ａｄ 对于线弹性裂纹体或准线弹性体 ， 一般情况下用 Ｐｒ ａ ． ｉ 裂纹扩 展速率 公式 ［ ： ｓ ３ 】
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基 于损 伤 容 限设计 的疲 劳 裂 纹 扩展 寿 命 估 算
赵志平， 李新勇
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摘
要： 从损 伤容限设 计概 念出发 ， 以断裂力学理论为基础 ， 在承认零构件 内具有初始缺 陷的基础上 ， 用著名 的 Ｐｒ 应 ａ － ｉ裂 纹扩展速 率公 式， ｓ 以对 １２ ００冷轧薄钢板在承受单轴恒 幅循环载荷下的寿命 次数的估算为例 ， 绍 了一种 介 简单 实用 的疲 劳寿命 估算方 法， 从而为技术人 员在进 行含 裂纹件 的疲 劳裂 纹扩展寿命计 算 中提供 一定的理
论依据 。
关键词 ： 疲劳； 损伤容限设计； 劳裂纹扩展 ； 疲 寿命估算
中图分类号 ：Ｇ １ Ｔ １３ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０６—４ １ （０ ０ ０ ０ ４ ０ １０ ４ ４ ２ １ ）３— ０ ２— ２
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料的完整性为前 提的。但是 ， 实际零构件在加工中， 由于种种原因， 往往存在着这样那样的缺陷或裂纹 。
２ 疲劳扩展寿命的估算
断裂 力学 是研究 疲 劳裂 纹 扩 展 的一 个 有 用 工具
为了考虑初始缺陷或裂纹对疲劳寿命的影响， 便在断 裂力学和破损 一 安全设计原理的基础上， 提出了一种
新 的疲 劳设 计方 法 一损伤 容 限设 计 。
损伤容限设计是破损 一 安全设计准则 的体现与 发展 ， 它承认 结构 中存 在着 未 被 发 现 的初 始 缺 陷 、 裂
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