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《疲勞與斷裂力學(xué) 第8章 疲勞裂紋擴(kuò)展課件.ppt》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、第八章疲勞裂紋擴(kuò)展第一節(jié)疲勞裂紋的萌生與擴(kuò)展機(jī)制一、萌生機(jī)制Cottrell-Hull疲勞裂紋萌生機(jī)制二、疲勞斷口形貌分析三個(gè)典型區(qū)域：疲勞源區(qū)疲勞擴(kuò)展區(qū)瞬時(shí)斷裂區(qū)疲勞海灘標(biāo)記：宏觀、肉眼可見(jiàn)疲勞條紋：微觀、顯微放大以后可見(jiàn)實(shí)際材料的疲勞條紋：鋁合金斷面上的疲勞條紋×12000倍厚度：10-4mm這種疲勞條紋的形成可以用裂尖鈍化模型來(lái)解釋：1、在受拉過(guò)程中裂尖塑性變形發(fā)生鈍化，增加了新表面；2、在受壓過(guò)程中新表面合攏形成新裂紋，再經(jīng)歷第二次循環(huán)。第二節(jié)疲勞裂紋擴(kuò)展分析研究問(wèn)題：含裂紋體的疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律，疲
2、勞裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)方法。研究方法裂紋尖端的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)LEFM：KEPFM：d斷裂力學(xué)法初始條件：初始裂紋尺寸a0？破壞條件：臨界裂紋尺寸ac?構(gòu)件的疲勞壽命由起始和擴(kuò)展二部分組成。從起始到擴(kuò)展轉(zhuǎn)變時(shí)的裂紋尺寸通常未知且往往取決于分析的著眼點(diǎn)和被分析構(gòu)件的尺寸。例如，對(duì)于有顯微設(shè)備的研究者，上述尺寸可能是晶粒缺陷、位錯(cuò)或0.1mm的量級(jí)，而對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)者，則是無(wú)損檢測(cè)設(shè)備可檢出最小的裂紋。理論基礎(chǔ)：線彈性斷裂力學(xué)(1957)計(jì)算手段：計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展；實(shí)驗(yàn)手段：高倍電鏡、電液伺服疲勞機(jī)，電火花切割機(jī)等研究可能疲
3、勞裂紋擴(kuò)展研究需求給定a，???,da/dN?；給定??,a?,da/dN?。討論張開(kāi)型(I型)裂紋。a＞＞rp，LEFM力學(xué)可用。一、a?N曲線二、疲勞裂紋擴(kuò)展控制參量a?N曲線的斜率，就是裂紋擴(kuò)展速率da/dN。a(mm)a0NCCTCT>1Ds2Ds3Ds>R=0?K???,a故?K?,da/dN?標(biāo)準(zhǔn)試樣預(yù)制疲勞裂紋恒幅疲勞實(shí)驗(yàn)記錄a,N裂紋只有在張開(kāi)的情況下才能擴(kuò)展，故控制參量?K定義為：?K=Kmax-KminR＞0?K=KmaxR＜0疲勞裂紋擴(kuò)展速率da/dN的控制參量是應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度?K=
4、f(??,a)，即：da/dN=?(?K,R,…)應(yīng)力比R=Kmin/Kmax=?min/?max=Pmin/Pmax；與?K相比，R的影響是第二位的。三、疲勞裂紋擴(kuò)展速率FCGR(FatigueCrackGrowthRate)R=0時(shí)的da/dN-?K曲線，是基本曲線。實(shí)驗(yàn)a=a0R=0??=consta(mm)a0NDsR=0iadadNa?N曲線ai,(da/dN)i??,ai,?Kida/dN-?K曲線lgda/dN10-5-610-9lg(K)D~lgda/dN12310-5-610-9lg(K)
5、D~1、da/dN-?K曲線低、中、高速率三個(gè)區(qū)域：cK=(1-R)?K=(1-R)KmaxthDK低速率區(qū)：有下限或門(mén)檻值?Kth?K＜?Kth,裂紋不擴(kuò)展。高速率區(qū):有上限Kmax=Kc，擴(kuò)展快，壽命可不計(jì)。中速率區(qū):有對(duì)數(shù)線性關(guān)系。可表達(dá)為：da/dN=C(?K)mC、m和?Kth，是描述疲勞裂紋擴(kuò)展性能的基本參數(shù)。微解理為主微孔聚合為主條紋為主lgda/dN12310-5-610-9lg(K)D~thDK微解理為主微孔聚合為主條紋為主三種破壞形式:微解理型低速率條紋型穩(wěn)定擴(kuò)展微孔聚合型高速率Pari
6、s公式：da/dN=C(?K)m2、裂紋擴(kuò)展速率公式?K是疲勞裂紋擴(kuò)展的主要控制參量；疲勞裂紋擴(kuò)展性能參數(shù)C、m由實(shí)驗(yàn)確定。3、擴(kuò)展速率參數(shù)C,m的確定實(shí)驗(yàn)a=a0R=0??記錄ai、Ni(?K)i=f(??,?ai)(da/dN)i=(ai+1-ai)/(Ni+1-Ni)?ai=(ai+1-ai)/2lg(da/dN)=lgC+mlg(?K)最小二乘法C,m?一、基本公式應(yīng)力強(qiáng)度因子：中心裂紋寬板f=1；單邊裂紋寬板f=1.12臨界裂紋尺寸aC：有線彈性斷裂判據(jù)：疲勞裂紋擴(kuò)展公式：得到裂紋擴(kuò)展方程：?(f
7、,D?,R,a0,ac)=Ncf一般是裂紋尺寸的函數(shù)，通常需要數(shù)值積分。第三節(jié)疲勞裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)或得到:?????íìD--D=--)ln()(1]11[)15.0()(1015.015.00aafCaamfCNCmmCmmCpspsm=2m?2da/dN用Paris公式表達(dá)時(shí)的裂紋擴(kuò)展方程對(duì)于無(wú)限大板，f=const.，在??=const.作用下，由Paris公式da/dN=C(?K)m積分有：已知a0,ac,給定壽命Nc,估算在使用工況(R)下所允許使用的最大應(yīng)力Smax。二、Paris公式的應(yīng)用抗疲
8、勞斷裂設(shè)計(jì)計(jì)算：已知載荷條件?S，R，初始裂紋尺寸a0,估算臨界裂紋尺寸ac,剩余壽命Nc.已知載荷條件?S，R,給定壽命Nc,確定ac及可允許的初始裂紋尺寸a0。斷裂判據(jù)：CCKafK￡=psmaxmax裂紋擴(kuò)展方程：Nc=?(f,D?,R,a0,ac)基本方程解：1.邊裂紋寬板K的表達(dá)式：K=1.12s(pa)1/2例1：邊裂紋板a0=0.5mm,載荷為smax=200Mpa。R=0,材料參數(shù)sys=630M
