[发明专利]紧凑拉伸试件的疲劳寿命预测方法

权利要求书

1.一种紧凑拉伸试件的疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括：

利用紧凑拉伸试件的断裂韧度和K_max-a曲线，推导出所述紧凑拉伸试件的临界裂纹长度；所述K_max为所述紧凑拉伸试件的应力强度因子的最大值，所述a为所述紧凑拉伸试件的裂纹长度；

所述K_max-a曲线满足如下第一关系式：

式中，K_max为所述紧凑拉伸试件的应力强度因子的最大值；σ_max为所述紧凑拉伸试件的疲劳应力的最大值；a为所述紧凑拉伸试件的裂纹长度；Y(a)为所述紧凑拉伸试件的几何校正参数，且

其中，W为所述紧凑拉伸试件的第一几何参数，所述第一几何参数为所述紧凑拉伸试件上开孔的圆心到所述紧凑拉伸试件边沿位置的尺寸；

对所述紧凑拉伸试件进行疲劳试验，以确定出所述紧凑拉伸试件的曲线和当量初始裂纹长度包括：

对所述紧凑拉伸试件进行疲劳试验，以确定出所述紧凑拉伸试件的S-N曲线和a-N曲线；结合所述紧凑拉伸试件的应力强度因子的变化范围ΔK和所述a-N曲线，确定出所述紧凑拉伸试件的曲线；根据所述S-N曲线和所述曲线，确定出所述紧凑拉伸试件的当量初始裂纹长度；所述为裂纹扩展速率，所述ΔK为应力强度因子的变化范围；

所述应力强度因子的变化范围ΔK满足如下第二关系式：

式中，Δσ为所述紧凑拉伸试件的疲劳应力的应力幅值；ΔP为所述紧凑拉伸试件的疲劳载荷的变化范围；B为所述紧凑拉伸试件的第二几何参数，所述第二几何参数为所述紧凑拉伸试件的厚度；

结合所述应力强度因子的变化范围ΔK，确定出所述a-N曲线的斜率da/dN，且斜率da/dN满足如下第三关系式：

da/dN＝C(ΔK)^m

其中，C和m为常系数；结合所述斜率da/dN和所述应力强度因子的变化范围ΔK，确定出所述紧凑拉伸试件的曲线；

根据所述S-N曲线和所述曲线，确定出紧凑拉伸试件的当量初始裂纹长度，且所述当量初始裂纹长度满足如下关系式：

式中，a_EIFS为所述当量初始裂纹长度；σ_f为所述紧凑拉伸试件的疲劳极限，可由S-N曲线得到；ΔK_th为所述紧凑拉伸试件的应力强度因子的门槛值；

结合所述K_max-a曲线和所述紧凑拉伸试件的裂纹尖端塑性区域尺寸，计算出所述紧凑拉伸试件中裂纹长度的修正参数；

其中，所述修正参数满足如下第四关系式：

式中，η为所述修正参数；σ_fit为所述紧凑拉伸试件的流变应力；且σ_fit＝0.575(σ_Y+σ_st)

其中，σ_Y为所述紧凑拉伸试件的屈服强度，σ_st为所述紧凑拉伸试件的极限强度；

利用所述修正参数对所述临界裂纹长度、所述当量初始裂纹长度和所述曲线的斜率进行修正，以得到所述紧凑拉伸试件的临界裂纹修正长度、当量初始裂纹修正长度和所述曲线的修正斜率；

所述临界裂纹修正长度满足如下第五关系式：

a_c′＝a_cη

其中，a_c′为所述临界裂纹修正长度；a_c为所述临界裂纹长度；

所述曲线的修正斜率满足如下第六关系式：

其中，[da/dN]′为所述修正斜率；

所述当量初始裂纹修正长度满足如下第七关系式：

式中，a_)IFS′为所述当量初始裂纹修正长度；a_EIFS为所述当量初始裂纹长度；σ_f为所述紧凑拉伸试件的疲劳极限；ΔK_th为所述紧凑拉伸试件的应力强度因子的门槛值；结合所述临界裂纹修正长度、所述当量初始裂纹修正长度和所述修正斜率，预测出所述紧凑拉伸试件的疲劳寿命；

所述疲劳寿命满足如下第八关系式：