钢疲劳极限的-缺口尺寸效应(翻译一)

钢疲劳极限的缺口尺寸效应

摘要

在这篇论文中，表面有沟槽的试样的疲劳行为已经被研究过。它显示有两种与槽口相关的尺寸效应：统计的尺寸效应和几何的尺寸效应。统计的尺寸效应是基于试样在变应力区域的起始裂纹的最大深度的分布而计算的，几何尺寸效应则是依靠应力梯度并且能够在线弹性力学的帮助下被估计。在钝的刻痕上的尺寸效应可以用着两种要素来解释。当裂纹变更剧烈时，在特定的极限之后，张力的塑形部分的大小开始在疲劳裂纹开裂上起重要作用，并且它的疲劳极限低于统计和几何尺寸效应的预测。另外的估算方法可以被用在那种缺口。

1.介绍

被用在机器上的大多数部件都有缺口，例如肩部和小孔。这种样本的疲劳极限高于缺口根部的最大应力,并将显示。已经进行了很多尝试评估这一现象,这被称为缺口尺寸效应。它的目的在于建立一个方程式，一些常用的方法在参考【1】中，刻痕尺寸效应的大小取决于材料，这可以用那种被称作材料的缺口灵敏度来解释。现如今用来描述这种现象的公式包括材料因素，但是没有物理背景的公式来描述这一现象。当应用与不同的材料时，所有的公式显示出相当大的分散。

这篇论文的目的是来显示缺口尺寸效应可以用这两种因素来解释：统计尺寸效应和一种被称作几何尺寸效应的应力梯度的影响。统计尺寸效应可以进行如下描述：当一个组件遭受交变载荷时，在它的体积上将产生大量微裂隙，样本越大，起始裂缝也就越大。因此，对

于大样本来说，更有可能出现大的起始裂纹和更小的疲劳极限。Makkonen

[1,2]显示平板尺寸效应仅由统计尺寸效应引起。几何尺寸效应得到切口试样的图片，在细槽、肩部和其他间断点的附近的应力分布变成非线性并且出现一个高的应力峰值。应力梯度在小并成某种形状的试样上变得更加陡峭，如果同样大小的裂缝出现在应力峰值区域，在裂缝上的应力强度因子高于大尺寸试样。这篇论文的另外的一个目的是展示一种通过比较裂纹发起的两种情况：实际峰值应力分布和线性压力来估算几何尺寸效应的方法。

2.统计方法

专业术语

a0 initated crack depth 起始裂纹深度

a crack depth 裂纹深度

c crack length 裂纹长度

d diameter 直径

d n notch depth 缺口深度

e constant 常量

f(x) probability density function 概率密度函数

fXn:n(x) probability density function of the maximum value of sample 样本最大值的概率密度函数

k g geometric size factor 几何尺寸因子

l0 material constant 材料常数

n sample size 样本尺寸

n cyclic hardening exponent 循环硬化指数

r radius 半径

sx standard deviation of a random variable 随机变量的标准偏差

x random variable, co-ordinate 随机变量坐标

x m mean value of a random variable 随机变量平均值

y co-ordinate y坐标

z co-ordinate z坐标

A surface area 表面积

Ai surface area of i th part of the surface 表面部分表面积

A eff effective stress area 有效压力区域

D diameter 直径

D o original bar diameter 原始条纹直径

F (x ) cumulative distribution function 累积分布函数

FXn:n (x ) cumulative distribution function of the maximum value of sample 样本最大值的累积分布函数

K stress intensity factor 应力强度因子

K cyclic hardening coefficient 循环硬化系数

K f notch size factor 缺口尺寸因子

K FATIGUE fatigue concentration factor 疲劳集中因子

K I stress intensity factor 应力强度因子

K t stress concentration factor 应力集中因子

K e strain concentration factor 张力集中因子

K s real (Neuber) stress concentration factor 实际应力集中因子

m (x,a ) weight function 重力函数

P S probability of survival 残余的可能性

R stress ratio 压比

R m ultimate strength 极限强度

0a s standard deviation of the initiated crack depth 起始裂纹深度的标准偏差 α scatter parameter of the lognormal distribution 对数正态分布的散射参数 β geometry factor 几何因子

e ε elastic strain 弹性张力

p ε plastic strain 塑形张力

lim ,p ε limit value of plastic strain 塑形张力的极值

tot ε total strain 全部张力

γ location parameter of the lognormal distribution 对数正态分布的位置参数 ρ notch root radius 缺口根部半径

σ stress 应力

)(x σ stress distribution function 应力分布函数

a σ stress amplitude 应力幅值

I ∆K stress intensity range 应力强度范围

th I ,∆K stress intensity range threshold 应力强度阈值范围