疲劳短裂纹萌生与扩展

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萌生机理
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短裂纹的形成有三种解释： 一是在疲劳过程中由于材料微观结构的非均匀性，会引起材料力学 性能的持续硬化现象，对于微观屈服强度低的晶粒，其循环硬化速率高 且饱和值大；而对于微观屈服强度高的晶粒，其循环硬化速率低、饱和 值小。当某一或某些表面晶粒由于循环硬化而使塑性耗尽时，该晶粒开 裂而产生短裂纹。 二是认为疲劳过程首先由滑移开始。金相观察发现，在一定循环载 荷下，滑移带在较大铁素体晶粒内出现，且载荷越大，有滑移带形成的 铁素体晶粒越多，同时个别滑移带逐渐加深或变宽，之后在缺口正表面 形成一条或几条在高放大倍数显微镜下看到的细小疲劳裂纹。 三是认为疲劳损伤起因于沿晶短裂纹，高温可以促进晶界滑动，晶 界滑移聚集又会促进晶界孔洞的集结和局部扩散的发生，而局部扩散又 会促进孔洞成长，因此高温下易于形成沿晶裂纹。
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短裂纹扩展
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短裂纹扩展
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3.2 曲折效应 晶粒尺度对短裂纹行为的影响 往往体现在晶界对裂纹扩展的障碍 作用。而相邻晶粒具有不同的晶体 取向也使得裂纹在晶粒内的走向具 有相应的晶体学特征。如图所示， 由于晶粒Y与晶粒X的滑移系统取向 不同，因此裂纹由晶粒X传播到晶 粒Y将发生曲折。若晶粒X的滑移系 统的施密特因子较大，相应地将获 得较大的临界分切应力；而Y晶粒 里的滑移系统可能具有较小的分切 应力。这样裂纹由X到Y将发生偏转 ，其传播速率将受到明显的影响， 裂纹的这种行为往往被称为“曲折 效应”。
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扩展寿命预测
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参考文献
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[1] [2] 郭万林，傅祥炯 .论疲劳短裂纹.航空学报，1990. 王璐，王正，宋希庚，王 魁，赵子豪.疲劳短裂纹理论及寿命 预测方法新进展. Journal of Mechanical Strength，2012.
[3]
洪友Βιβλιοθήκη Baidu，方尴.疲劳短裂纹萌生及发展的细观过程和理论.1993.
疲劳短裂纹萌生与扩展
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Content
1 疲劳短裂纹提出
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萌生机理
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短裂纹扩展
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扩展寿命预测
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疲劳短裂纹提出
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早期科学家建立起线弹性断裂力学（LEFM），并且Paris提出了一 个著名的经验公式，用来描述疲劳裂纹扩展速率：������������/������������=������∆������^������，他 取得了成功，该公式得到了广泛的应用。然而对于长度很小的短裂纹， 其扩展速率不遵循Paris公式，这种裂纹称为短裂纹。 据统计，机械零件破坏的50% ～90%为疲劳破坏，而材料约90%的疲 劳损伤寿命都是消耗在裂纹萌生及扩展阶段，因此建立一种既能应用于 损伤容限分析，也能应用于耐久性分析的疲劳全寿命预测方法，必须了 解其在短裂纹阶段的行为。
短裂纹生长受到晶粒取向的影响
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短裂纹扩展
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3.3 闭合效应 疲劳裂纹扩展往往伴随发生裂纹的闭合效应。如图所示，闭合效应 可以由局部塑性区,腐蚀产物,或裂纹的粗糙面等因素产生。一般地,闭合 效应的作用随裂纹长度的延伸而增强。研究指出，短裂纹与材料细观组 织相互作用而产生的曲折效应和闭合效应导致了短裂纹初始扩展的裂纹 减速特征。
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