[发明专利]一种模拟疲劳裂纹扩展中超载迟滞效应模型的设计方法

权利要求书

1.一种模拟疲劳裂纹扩展中超载迟滞效应模型的设计方法，其特征在于，具体过程是：

步骤1，确定超载影响区内无迟滞应力强度因子；

所确定的超载影响区内无迟滞应力强度因子K^*的表达式为

公式(21)中，Δa为施加超载后裂纹扩展量，ρ_rev为拉伸超载作用后的反向塑性区尺寸，ρ_OL为拉伸超载作用后的单调塑性区尺寸，K_OL为拉伸超载的应力强度因子；ρ₁为施加超载点疲劳载荷的单调塑性区尺寸，ρ₂为超载迟滞结束点疲劳载荷的单调塑性区尺寸；

步骤2，确定当前应力比下的超载截止比；

所确定的当前应力比下的超载截止比γ_SR的表达式为

公式(29)中，γ_S0为应力比为零时的超载截止比，R为应力比；

步骤3，确定压缩超载的削弱因子；

所确定的压缩超载的削弱因子r的表达式为

公式(31)中，Δρ₁为拉伸超载作用后的残余单调塑性区尺寸，即单调塑性区尺寸与反向塑性区尺寸之差；Δρ₂为拉压超载作用后的残余单调塑性区尺寸，即单调塑性区尺寸减去反向塑性区尺寸和拉伸超载与压缩超载之间的裂纹扩展量Δa′的差值；

步骤4，计算结构的疲劳裂纹扩展寿命；

通过公式(37)确定有效应力强度因子最大值K_eff,max和有效应力强度因子最小值K_eff,min

公式中，K_eff,max为有效应力强度因子最大值，K_eff,min为有效应力强度因子最小值，K_max为疲劳载荷的最大应力强度因子，K_min为疲劳载荷的最小应力强度因子，φ为考虑超载截止比的修正项；

将确定的有效应力强度因子最大值K_eff,max和有效应力强度因子最小值K_eff,min代入公式(38)，得到有效应力比R_eff

以得到的有效应力强度因子最大值K_eff,max替代Walker公式(36)中的K_max，以得到的有效应力比R_eff替代Walker公式(36)中的R，通过Walker公式(36)计算得到当前裂纹长度下的扩展速率

公式(36)中，da/dN为裂纹扩展速率；C，p，q，t均为通过等幅疲劳裂纹扩展试验结果拟合得到的材料常数；

从初始裂纹长度开始，根据试件所受载荷情况，利用公式(37)和公式(38)分别计算有效应力强度因子最大值K_eff,max和有效应力比R_eff；若K_eff,max≤0，则裂纹扩展速率da/dN＝0，否则将K_eff,max和R_eff代入Walker公式(36)中，代替公式(36)中的K_max和R，计算当前裂纹长度下的裂纹扩展速率da/dN，即一次循环的裂纹扩展量，将该扩展量累加至裂纹长度a上，作为新的裂纹长度，即a＝a+da/dN，并将该扩展量累加至超载后裂纹扩展量Δa上，作为新的超载后裂纹扩展量，即Δa＝Δa+da/dN，同时循环数累加一次，重复上述过程，直至裂纹长度a达到终止裂纹长度，此时的循环数即为结构的疲劳裂纹扩展寿命。

2.如权利要求1所述模拟疲劳裂纹扩展中超载迟滞效应模型的设计方法，其特征在于，在确定超载影响区内无迟滞应力强度因子K^*的表达式时，所用超载影响区内无迟滞应力强度因子K^*的边界条件为

公式(4)中，K_max,1为施加超载点疲劳载荷的最大应力强度因子，K_max,2为超载迟滞结束点疲劳载荷的最大应力强度因子。