金属材料疲劳裂纹扩展速率实验
疲劳试验标准大全
试验试验结束判据；
测定的性能结果。
关键词
金属材料；轴向力控制疲劳试验；疲劳性能
2）试验温度和试验环境调控；
3）检试验设备及测量系统、试验参数的设定、波形选择、试验速率的调整；
4）根据试验目的和材料特性确定试样数和失效标准
5）进行循环试验并采集记录数据；
6）数据处理。
结果及试验报告
国际标准编号；
材料名称、试样标识试、样形状和尺寸；
试验条件、试验方法；
试验结果处理和测定的性能参数。
试验程序
1）试样尺寸测量、试样装夹和对中检查；
2）试验温度和试验环境调控；
3）检查试验设备及测量系统、试验参数的设定、选择试验频率；
4）根据试验目的和材料特性确定试验方案和试验结束判据；
5）进行力循环试验并采集记录数据；
6）数据处理和结果表示。
结果及试验报告
国际标准编号；
材料名称、材料状态、试样标识试、样形状和尺寸；
ASTM E466-96金属材料力控制恒幅轴向疲劳试验方法…
ISO 12106金属材料–疲劳试验–轴向应变控制方法…
ISO 1099金属材料–疲劳试验–轴向力控制方法…
GB/T3075金属轴向疲劳试验方法…
GB/T4337金属旋转弯曲疲劳试验方法…
GB/T7733金属旋转弯曲腐蚀疲劳试验方法…
GB/T12443金属扭应力疲劳试验方法…
疲劳试验列表
ISO 12108金属材料疲劳试验疲劳裂纹扩展方法…
ISO 12107金属材料疲劳试验统计方案和数据分析方法…
ISO 1352钢扭应力疲劳试验方法…
ISO 1143金属旋转弯曲疲劳试验方法…
断裂韧性实验报告
东南大学力学实验报告随着断裂力学的发展，相继提出了材料的K 、J (J阻力曲线)、6 (CTOD阻力曲线)等一IC R R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。
IC对于线弹性或者小范围的I 型裂纹试样，裂纹尖端附近的应力应变状态彻底由应力强度因子K 所决定。
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aI I的某一组合使K =K ，裂纹开始失稳扩展。
K 的临界值K 是一材料常数，称为平面应变断I IC I IC裂韧度。
测试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ICP 、a 代入所用试样的K 表达式即可求得K 。
C I ICK 的试验步骤普通包括：IC(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P 的确定、实验测试值K 的Q Q 计算及KQ有效性的判断)。
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：UB ?a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份， 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，而艰难正在于此。
因此，我国 GB2038-80 标准中规定采用绘制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R法，其优点是无须判定启裂点， 且能达到较高的试验精度。
这种方法能同时得到几个J 积分值， 满足工程实际的不同需要。
所谓J 阻力曲线，是指相应于某一裂纹真实扩展量的J 积分值与该真实裂纹扩展量的关R系曲线。
金属材料疲劳裂纹萌生机理与扩展规律概述
金属材料疲劳裂纹萌生机理与扩展规律概述摘要：在飞行器结构中，如机翼与机身连接、发动机和发动机吊架连接等重要连接区的连接结构往往会因为受到严苛的循环载荷而萌生疲劳裂纹，随着疲劳裂纹逐渐扩展，最终导致结构发生断裂失效。
本文根据部分文献和相关书籍，对金属材料的疲劳裂纹萌生机理和扩展规律进行了梳理，结论表明影响裂纹萌生与裂纹扩展的主要参量、裂纹扩展不同阶段的扩展方向均有不同。
关键词：循环滑移；裂纹萌生；裂纹扩展；对于飞行器结构，疲劳裂纹是导致结构失效最主要且最危险的损伤形式之一[1]。
疲劳裂纹作为一种常见的机械损伤失效模式，约占总失效的50%~90%[2]。
在交变载荷、腐蚀环境等作用下，尽管结构的最大工作应力低于材料强度，但是经过一定的服役时间后，结构仍然会萌生疲劳裂纹并逐步扩展。
出现在大梁减轻孔、机身蒙皮、机翼机身接头等关键部位的疲劳裂纹会严重削弱结构的承载能力，其失稳破坏甚至会导致灾难性事故的发生。
因此研究飞行器结构的疲劳裂纹损伤萌生及扩展机理，准确地预测结构的疲劳寿命具有十分重要的工程意义。
1疲劳裂纹的萌生和扩展规律[3]金属结构材料在循环载荷作用下的疲劳损伤演化过程可以分为两个阶段：宏观裂纹萌生阶段和宏观裂纹扩展阶段，两个阶段的区别在于影响疲劳行为的因素，而控不同。
在宏观裂纹萌生阶段，控制裂纹萌生的重要参量是应力集中系数K1制宏观裂纹扩展的参量则是应力强度因子K。
从图1中可以看出，宏观裂纹萌生阶段可以细分为两个子阶段：一是微裂纹形核阶段；二是微裂纹扩展阶段，即微裂纹因扩展或相互作用而聚集合并，形成“主导”宏观裂纹的过程。
微裂纹扩展阶段和宏观裂纹扩展阶段的交点通常认为是裂纹萌生与扩展的分界线，但实际上这个临界点的精确定义是无法定量描述，一般定性地认为：当微裂纹扩展不在依赖于自由表面状况时，裂纹萌生阶段结束。
图1 疲劳损伤演化[4]1.1 疲劳裂纹的萌生在很多情况下，裂纹萌生寿命占到疲劳寿命相当大的一部分，例如在高周疲劳中裂纹萌生寿命占总寿命的80%~90%，在超高周疲劳中裂纹萌生寿命可占到总寿命的99%，因此裂纹萌生阶段在整个金属材料疲劳过程中占有极为重要的地位。
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。
UPVC疲劳与损伤性能的研究
UPVC疲劳与损伤性能的研究梁亚运;杨邦成;高启林;吴建余【摘要】参照金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法,采用材料疲劳试验机对硬聚氯乙烯材料进行了Ⅰ型疲劳裂纹的扩展速度及裂纹扩展机理的研究,测试得到了疲劳裂纹扩展长度下所对应的循环次数,进而用割线法得出da/dN,再与△K拟合得到疲劳裂纹扩展速率图.接着选取了4个典型的断面区域进行扫描电子显微镜拍照,得到了4种断面显微组织并进行断面形貌分析.%Based on the test method of fatigue crack growth rate of metallic materials,the fatigue crack growth rate and crack propagation mechanism of Type Ⅰ fatigue crack of rigid polyvinyl chloride (PVC) are investigated by the material fatigue testing machine.The numbers of cycles corresponding to fatigue crack length growth are recorded during the text.And da/ dN is obtain by the secant method.Then,it is fitted with △K to obtain fatigue crack growthrate.Finally,four typical cross section areas are selected for scanning electron microscope to get the microstructures of 4 kinds of sections and analyze the section morphology.【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2017(036)006【总页数】4页(P172-175)【关键词】硬聚氯乙烯;疲劳损伤;裂纹扩展速率;断面显微组织【作者】梁亚运;杨邦成;高启林;吴建余【作者单位】昆明理工大学建筑工程学院,昆明650500;昆明理工大学建筑工程学院,昆明650500;昆明理工大学建筑工程学院,昆明650500;昆明理工大学建筑工程学院,昆明650500【正文语种】中文【中图分类】TQ325.3UPVC又称硬PVC（Unplasticized Polyvinyl Chloride），它是用PVC树脂作为主要原材料,在其中添加润滑剂、稳定剂等后再加热,在制管机中挤压成不同压力等级和各种规格型号的硬质管材。
1_25Cr_0_5Mo钢在蠕变疲劳交互作用下的裂纹扩展分析
下半月出版材料热处理技术Material&Heat Treatment压力容器等典型承压化工设备广泛地应用于石油化工等过程工业生产中，通常面临着高温、高压和腐蚀的工作环境。
随着我国石油化工技术的发展，这些设备面临的环境越来越苛刻。
化工设备在制造、安装和使用过程中，不可避免要产生一些裂纹等缺陷[1-7]，这些裂纹在高温、高压和腐蚀的环境中会不断扩展，特别是在频繁开停工和间歇操作的高温承压设备中。
为了探讨在蠕变疲劳交互作用下裂纹扩展的行为，本文以1.25Cr-0.5Mo钢为研究对象，利用ANSYS软件，采用损伤累积的方法，分析蠕变和疲劳对其裂纹扩展的影响规律。
1蠕变与间歇循环载荷交互作用下裂纹扩展行为分析由蠕变疲劳交互作用的寿命预测方法可知，每次裂纹扩展行为是由疲劳损伤和蠕变损伤累积而成的，所以蠕变条件下的裂纹扩展，其每一步可以看成是疲劳损伤和蠕变损伤的累积。
如果载荷加载频率过快，由于蠕变引起的裂纹扩展所需要的时间相对较长，那么蠕变的影响就不容易体现；并且在裂纹扩展的初期，裂纹扩展的尺寸极其微小，如果建立以时间为变量的话，那么必须计算每个时间周期和加载周期的裂纹扩展长度，工作量十分巨大，且较难体现出扩展的规律。
为了分析在载荷加载频率一定时，蠕变与间歇载荷对裂纹扩展的影响，建立每个周期裂纹扩展尺寸与瞬时裂纹尺寸之间的关系。
以研究裂纹扩展速率随瞬时裂纹尺寸的变化，得出裂纹在不同尺寸下的扩展速率以及扩展的变化趋势。
分析发现，1.25Cr-Mo钢在550℃下，当拉伸应力大于130MPa时，由于在该应力和温度下，裂纹尖端区域的应力-应变关系超出了粘弹塑性范围，ANSYS无法进行蠕变分析。
另外，有资料显示，在蠕变过程中，压应力对蠕变的贡献是极其微小的。
因此，这里只探讨1.25Cr-Mo钢在550℃和间歇循环载荷0～120MPa共同作用下的裂纹扩展行为。
1.25Cr-0.5Mo钢在蠕变疲劳交互作用下的裂纹扩展分析李国成1,孙伟松2,王为良1,潘锦泰1(1.中国石油大学机电工程学院,山东东营257061;2.山东省特种设备检验研究院淄博分院,山东淄博255030)摘要：利用大型有限元分析软件ANSYS，模拟分析了石油化工高温设备中广泛使用的1.25Cr-0.5Mo钢在蠕变疲劳交互作用下的裂纹扩展行为，得出了裂纹在不同的条件下的扩展规律。
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。
金属疲劳试验
金属疲劳试验主讲教师:一、实验目的1. 了解疲劳试验的基本原理。
2. 掌握疲劳极限、S-N曲线的测试方法。
二、实验原理1．疲劳抗力指标的意义目前评定金属材料疲劳性能的基本方法就是通过试验测定其S-N曲线(疲劳曲线)，即建立最大应力σmax 或应力振幅σα与其相应的断裂循环周次N之间的关系曲线。
不同金属材料的S-N曲线形状是不同的，大致可以分为两类，如图1所示。
其中一类曲线从某应力水平以下开始出现明显的水平部分，如图1(a)所示。
这表明当所加交变应力降低到这个水平数值时，试样可承受无限次应力循环而不断裂。
这表明当所加交变应力降低到这个水平数值时，试样可承受无限次应力循环而不断裂。
因此将水平部分所对应的应力称之为金属的疲劳极限，用符号σR 表示(R为最小应力与最大应力之比，称为应力比)。
若试验在对称循环应力(即R=-1)下进行，则其疲劳极限以σ-1表示。
中低强度结构钢、铸铁等材料的S-N曲线属于这一类。
对这一类材料在测试其疲劳极限时，不可能做到无限次应力循环，而试验表明，这类材料在交变应力作用下，如果应力循环达到107周次不断裂，则表明它可承受无限次应力循环也不会断裂，所以对这类材料常用107周次作为测定疲劳极限的基数。
另一类疲劳曲线没有水平部分，其特点是随应力降低，循环周次N不断增大，但不存在无限寿命。
如图1(b)所示。
在这种情况下，常根据实际需要定出一定循环周次(108或5×107…)下所对应的应力作为金属材料的“条件疲劳极限”，用符号σR(N)表示。
2．S-N 曲线的测定(1) 条件疲劳极限的测定测试条件疲劳极限采用升降法，试件取13根以上。
每级应力增量取预计疲劳极限的5％以内。
第一根试件的试验应力水平略高于预计疲劳极限。
根据上根试件的试验结果，是失效还是通过（即达到循环基数不破坏）来决定下根试件应力增量是减还是增，失效则减，通过则增。
直到全部试件做完。
第一次出现相反结果（失效和通过，或通过和失效）以前的试验数据，如在以后试验数据波动范围之外，则予以舍弃；否则，作为有效数据，连同其他数据加以利用，按下列公式计算疲劳极限：()11n R N i i i v m σσ==∑ 1式中m——有效试验总次数；n—应力水平级数；—第i级应力水平；—第i级应力水平下的试验次数。
金属材料疲劳裂纹扩展研究综述
内容摘要
海洋钢结构在海洋环境中承受着复杂的力学环境和疲劳载荷。疲劳裂纹扩展 是导致其结构破坏的主要原因之一，因此，对海洋钢结构的疲劳裂纹扩展进行准 确预报具有重要意义。本次演示主要探讨一种单一扩展率曲线模型在海洋钢结构 疲劳裂纹扩展预报中的应用。
一、单一扩展率曲线模型
一、单一扩展率曲线模型
单一扩展率曲线模型是一种基于应力强度因子和应力循环次数的关系来预测 裂纹扩展的方法。它假定裂纹扩展速率仅与应力强度因子幅值和应力循环次数有 关，而与应力的其它参数如平均应力、应力比等无关。这种模型的优点是能够用 一条曲线来描述裂纹扩展的全过程，简洁直观。
4、金属材料疲劳裂纹扩展的应用领域和未来研究方向
未来研究方向主要包括以下几个方面：首先是深入研究金属材料疲劳裂纹扩 展的机理和影响因素，以进一步揭示其本质和规律；其次是发展更加准确、高效 的研究方法和技术手段，以更好地模拟和分析材料的疲劳裂纹扩展行为；第三是 加强针对不同约束条件下的裂纹扩展模型和实验方法的研究，以更好地应用于实 际工程中；最后是拓展金属材料疲劳裂纹扩展的应用领域，如智能材料、生物医 用材料等领域，以发挥其更加广泛的作用。
在几何约束条件下，裂纹扩展模型主要考虑材料的几何特征、裂纹形状和扩 展方向等因素。在物理约束条件下，需要考虑材料的物理性质、力学性能和化学 成分等因素对裂纹扩展的影响。在工程约束条件下，需要考虑实际工程中材料的 服役条件、载荷形式和工作环境等因素对裂纹扩展的影响。
3、基于不同约束条件下的裂纹扩展模型和实验方法
主体部分
1、金属材料疲劳裂纹扩展的机 理和影响因素
1、金属材料疲劳裂纹扩展的机理和影响因素
金属材料疲劳裂纹扩展的机理主要包括应力腐蚀、疲劳裂纹扩展和断裂力学 等。应力腐蚀主要指在应力和腐蚀介质共同作用下，材料内部产生微裂纹并逐渐 扩展的现象。疲劳裂纹扩展则是在循环载荷作用下，材料内部初始裂纹发生疲劳 扩展的过程。断裂力学则是从材料的力学性能出发，研究裂纹扩展的规律和预测 材料的断裂行为。
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。
经典金属疲劳裂纹扩展至断裂机理讲解（专业级）
经典金属疲劳裂纹扩展至断裂机理讲解（专业级）经典金属疲劳裂纹扩展至断裂机理讲解（专业级）通常，疲劳裂纹扩展可以分为三个阶段：第I阶段（裂纹萌生，shot cracks），第II阶段（裂纹扩展，long cracks），第III阶段（瞬时断裂，final fracture）Fig. 1— Stages I and II of fatigue crack propagation.第I阶段：一旦裂纹萌生以后，就会沿着最大剪切应力平面(约45o)扩展，如图1所示。
这一阶段被认为是第I阶段或者短裂纹萌生和扩展阶段。
裂纹一直扩展直到遇到障碍物，如晶界、夹杂物或珠光体区。
它无法容纳初始裂纹的扩展方向。
因此，晶粒细化是可以提升材料疲劳强度的利用了引入大量微观障碍物的原理。
晶界，在裂纹扩展的第I阶段需要克服晶粒的阻碍并越过晶界。
表面机械处理，例如喷丸和表面滚压也会引入一些微观的障碍物，因为它们使晶界被压扁了。
Fig. 2 — Fatigue striations in (a) interstitial free steel and (b)aluminum alloy AA2024-T42. Figure (c) shows the fatigue fracture surface of a cast aluminum alloy, where a fatigue crack was nucleated from a casting defect, presenting solidification dendrites on the surface; fatigue striations are indicated by the arrow, on the top right side.第II阶段：由于裂纹扩展，实际载荷的上升，应力强度因子K不断增加，在裂纹尖端附近的不同平面上开始发生滑移，于是就进入了第II阶段。
疲劳、断裂相关试验标准汇总
1.2GB相关标准
GB/T 3075金属轴向疲劳试验方法
GB/T 6398金属材料裂纹扩展试验方法
GB/T 4337金属旋转弯曲疲劳试验方法
ASTM E606/E606MStandard Test Method for Strain-Controlled Fatigue Testing
ASTM E1942Standard Guide for Evaluating Data Acquisition Systems Used in Cyclic Fatigue and Fracture Mechanics Testing
ASTM D6115Standard Test Method for Mode I Fatigue Delamination Growth Onset of Unidirectional Fiber-Reinforced Polymer Matrix Composites
ASTM E1049Standard Practices for Cycle Counting in Fatigue Analysis
疲劳、断裂相关试验标准总结
1.金属材料疲劳、断裂试验标准方法
1.1ASTM相关标准
ASTM E739线性或线性化应力-寿命（S-N）和应变-寿命（e-N）
ASTM E647疲劳裂纹扩展速率试验方法
ASTM E468Standard Practice for Presentation of Constant Amplitude Fatigue Test Results for Metallic Materials
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。
疲劳裂纹扩展的基本规律及其主要的影响因素
疲劳裂纹扩展的基本规律及其主要的影响因素疲劳是指在交变应力作用下发生在材料或结构某点局部、永久性的损伤递增过程。
疲劳在自然界和工程上比较普遍。
在金属结构的失效形式里，疲劳断裂是一种主要形式，约占失效结构的90%，而疲劳断裂是由于金属结构在循环载荷的作用下，由于各种原因(如应力集中等)，引起疲劳强度降低而产生裂纹，最终由裂纹的扩展而导致结构失效。
疲劳裂纹扩展的规律疲劳裂纹在扩展过程中一般可分为三个阶段：近门槛值阶段、高速扩展阶段(Paris区)和最终断裂阶段。
在近门槛扩展阶段，疲劳裂纹的扩展速率很小，疲劳裂纹扩展速率随着应力强度因子范围△K的降低而迅速下降，直至da/dN→0，与此对应的△K值称为疲劳裂纹扩展门槛值，记为△K；在Paris区，疲劳裂纹扩展速率可以用Paris公式来定量地进行描述。
其中，C和m是试验确定的常数。
在高速扩展区，随着△K的提高，裂纹扩展速率升高，当疲劳循环的最大应力强度因子Kmax接近材料的Kic时，裂纹扩展速率急剧增加，最终导致构件断裂。
疲劳裂纹扩展一般由疲劳裂纹扩展速率da/dN表征，即在疲劳载荷作用下，裂纹长度a随循环次数N的变化率，反映裂纹扩展的快慢。
疲劳裂纹扩展速率da/dN的控制参量是应力强度因子幅度△K，表示材料的疲劳性能。
研究疲劳裂纹的扩展规律一般通过两种途径：一是过实验室观察，根据实验结果直接总结出裂纹扩展规律的经验公式；二是结合微观实验研究提出裂纹扩展机理的假设模型，推导出裂纹扩展规律的理论公式。
疲劳裂纹扩展规律的研究，主要是寻求裂纹扩展速率da/dN与各有关参量之间的关系。
疲劳裂纹扩展影响因素1. 残余应力对疲劳裂纹扩展的影响(1) 残余应力模型认为，在加载过程中裂纹张开，裂纹尖端附近形成一个塑性区，载荷峰值越大，则塑性区尺寸就越大：卸载后，由于塑性区周围的弹性区材料要恢复原来的尺寸，为了保持变形协调，已产生了永久变形的塑性区内的材料就要受到周围弹性区的压缩而产生残余压应力。
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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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。
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
log (∆K )
∆K c
∆K th
log(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。
d d ()n a N C K =∆
(1)
()max d d 1n
m
a N C R K ⎡⎤=-⎣⎦
(2) ()()d d 1n
c a N C K K R K =∆--∆⎡⎤⎣⎦
(3) ()d d n
th a N C K K =∆-∆
(4) ()d d n n
th a N C K K =∆-∆
(5)
()()d d 1n n
th c a N C K K K R K =∆-∆--∆⎡⎤⎣⎦
(6)
Paris 公式由于形式简单，一直得到广泛的应用，它能够较好的描述裂纹扩展
的第II 阶段。
Walker 公式也主要用于描述裂纹扩展的第II 阶段，它是Paris 公式的改型，增加了对应力比R 的考虑。
Forman 公式可以更好的描述裂纹扩展的第III 阶段。
Hartman 公式和Klesnil 主要用于描述第I 阶段的裂纹扩展规律。
IAB 公式可以全面的描述裂纹扩展的三个阶段，但公式的复杂性就定了它在工程应用中不多。
2.2 影响疲劳裂纹扩展的因素
1．与材料有关的影响因素
（1）材料产品的类型。
如板材、挤压件、锻件等。
对于相同的材料，若产品类型不同，则dN da 会有明显的差别。
（2）热处理工艺。
材料成分相同，但热处理工艺不同，会导致材料的微观组织的差别，从而影响材料对裂纹扩展的阻力，造成dN da 的不同。
（3）厚度。
由相同材料制成的构建，厚度不同，则在裂纹尖端附近材料处于不同的应力状态，随着厚度的增加，dN da 呈加大的趋势。
2．与环境有关的因素
（1）腐蚀介质。
腐蚀疲劳裂纹扩展包含两部分裂纹扩展机制，应力腐蚀作用下的裂纹长度随时间的扩展速率和交变载荷所引起的疲劳裂纹扩展。
通常腐蚀条件下的裂纹扩展速率会高于惰性气体环境（干燥空气）中的疲劳裂纹扩展速率，并与加载频率和波形有关。
（2）温度。
因为材料的塑性行为与温度有关，在较高的温度下，循环塑性变形易于进行，dN da 将增大。
高温下的疲劳裂纹扩展速率也与加载频率和波形有密切关系。
（3）加载频率和波形。
在惰性环境（干燥气体）和室温条件下，在常用的加载频率内，频率对dN da 的影响不显著。
在惰性环境与室温下载荷波形对dN da 的影响也不明显。
在相同的腐蚀介质和（或）高温条件下，通常频率越低，dN da 越大，且变化比较显著，波形的影响也不可忽略，一次循环中较大在和施加的时间越长，则dN da 越大。
3 试验装置和试样
本试验是测定金属材料在试验室空气环境下裂纹稳定扩展阶段的裂纹扩展速率。