基于連續(xù)累積損傷的疲勞啟裂和裂紋擴(kuò)展的統(tǒng)一模型.pdf

1、工程構(gòu)件的疲勞失效過(guò)程通常被分為疲勞啟裂和裂紋擴(kuò)展兩個(gè)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(xué)方法和斷裂力學(xué)方法，分別分析疲勞啟裂壽命和擴(kuò)展壽命。但從損傷力學(xué)角度出發(fā)，兩個(gè)階段不是兩個(gè)彼此獨(dú)立的階段，而是同屬于一個(gè)連續(xù)的疲勞失效過(guò)程。因此，基于疲勞損傷理論，建立統(tǒng)一疲勞啟裂和裂紋擴(kuò)展兩個(gè)階段的缺口件全壽命預(yù)測(cè)方法具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)的工程意義。 基于“擴(kuò)展裂紋”動(dòng)態(tài)裂紋擴(kuò)展方式和裂紋尖端的疲勞損傷的連續(xù)累積過(guò)程，確

2、立了疲勞損傷累積過(guò)程與裂紋擴(kuò)展速率之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，提出了一個(gè)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(kuò)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(kuò)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(chǎng)和裂紋表面接觸之間的交互作用對(duì)裂紋擴(kuò)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(cè)方法和一種預(yù)測(cè)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(duì)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(guò)16MnR鋼的缺口疲勞試驗(yàn)驗(yàn)證，表明兩種方法都能較好地預(yù)測(cè)拉扭復(fù)合加載下的缺口件的疲勞壽命。 運(yùn)用提出的統(tǒng)一模型，預(yù)測(cè)了缺口件在常幅、高低幅順序加載和過(guò)載下的疲勞啟裂壽命、裂紋擴(kuò)展速率和疲勞全壽命。通過(guò)裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證，表明