基于連續(xù)累積損傷的疲勞啟裂和裂紋擴展的統(tǒng)一模型.pdf

1、工程構件的疲勞失效過程通常被分為疲勞啟裂和裂紋擴展兩個階段。在現行的疲勞分析框架下，主要采用連續(xù)介質力學方法和斷裂力學方法，分別分析疲勞啟裂壽命和擴展壽命。但從損傷力學角度出發(fā)，兩個階段不是兩個彼此獨立的階段，而是同屬于一個連續(xù)的疲勞失效過程。因此，基于疲勞損傷理論，建立統(tǒng)一疲勞啟裂和裂紋擴展兩個階段的缺口件全壽命預測方法具有重要的理論價值和現實的工程意義。 基于“擴展裂紋”動態(tài)裂紋擴展方式和裂紋尖端的疲勞損傷的連續(xù)累積過程，確

2、立了疲勞損傷累積過程與裂紋擴展速率之間的數學關系，提出了一個新的、適合描述常幅和變幅加載的“基于連續(xù)累積損傷的疲勞啟裂和裂紋擴展統(tǒng)一模型”。提出的統(tǒng)一模型構筑了疲勞啟裂和裂紋擴展之間的橋梁?？朔爽F有的模型不能很好地考慮加載歷史以及殘余應力場和裂紋表面接觸之間的交互作用對裂紋擴展影響的缺陷。 結合能描述材料非Masing特性的Armstrong-Frederick（A-F）類循環(huán)塑性理論和多軸疲勞損傷理論，分別提出了一種基于有限

3、元法的缺口件疲勞壽命預測方法和一種預測非Masing缺口件的疲勞壽命的多軸局部應力應變近似方法。第一種方法考慮了局部塑性變形對缺口根部應力狀態(tài)的影響。第二種方法適合描述小塑性變形缺口件的多軸應力狀態(tài)。通過16MnR鋼的缺口疲勞試驗驗證，表明兩種方法都能較好地預測拉扭復合加載下的缺口件的疲勞壽命。 運用提出的統(tǒng)一模型，預測了缺口件在常幅、高低幅順序加載和過載下的疲勞啟裂壽命、裂紋擴展速率和疲勞全壽命。通過裂紋擴展試驗結果驗證，表明