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(gòu)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(xiàn)行的疲勞分析框架下，主要采用連續(xù)介質(zhì)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(yù)測方法具有重要的理論價值和現(xiàn)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(shù)學關(guān)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(gòu)筑了疲勞啟裂和裂紋擴展之間的橋梁?？朔爽F(xiàn)有的模型不能很好地考慮加載歷史以及殘余應(yīng)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(jié)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(yù)測方法和一種預(yù)測非Masing缺口件的疲勞壽命的多軸局部應(yīng)力應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yù)測拉扭復(fù)合加載下的缺口件的疲勞壽命。 運用提出的統(tǒng)一模型，預(yù)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(jié)果驗證，表明