[发明专利]耐久性分析中相对小裂纹扩展速率的计算方法

说明书

本发明提供的一种耐久性分析中相对小裂纹扩展速率的计算方法，包括：利用da/dN＝Qasupgt;b/supgt;计算相对小裂纹扩展速率，其中，a为裂纹长度，N为应力循环次数，R为应力比，σ为峰值应力，Ysubgt;0/subgt;为应力强度因子修正系数，C、n为用Paris公式表征的裂纹稳定扩展段的扩展参数。基于应力强度因子近似解确定相对小裂纹尺寸上界asubgt;u/subgt;，当裂纹尺寸小于asubgt;u/subgt;时定义为相对小裂纹，基于该标准利用上述公式计算裂纹扩展速率，操作方便。

技术领域

本发明涉及疲劳试验的技术领域，特别是涉及耐久性分析中相对小裂纹扩展速率的计算方法。

背景技术

概率断裂力学方法是一种有效的耐久性分析方法，该方法基于描述结构原始疲劳质量的当量初始缺陷尺寸(EIFS)分布给出损伤度随时间变化的函数关系，进而依据指定的损伤度要求预测结构的经济寿命，因而备受关注。在该方法中，原始疲劳质量和使用期裂纹扩展控制曲线(SCGMC)的确定都基于结构细节相对小裂纹扩展速率公式的建立，因此相对小裂纹扩展速率公式的研究非常重要。

按几何尺寸不同，疲劳裂纹可分为小裂纹和长裂纹，一般而言，小裂纹是指裂纹长度小于几百微米的裂纹，而长裂纹则是指长于 2mm的裂纹。结构耐久性分析对应的裂纹长度往往是小于等于工程可检裂纹尺寸的裂纹，其长度一般在0.1-1.2mm范围，通常称为相对小裂纹。

Yang J N在进行飞机结构耐久性分析时，首次采用式(1)描述相对小裂纹扩展速率，并采用该式确定EIFS分布。Gallagher J P等人基于角裂纹扩展行数据分析，验证了式(1)的有效性。Hoeppner D W^[14]通过对大量裂纹扩展模型的对比分析，也指出了式(1)的有效性。

da/dN＝Qa^b                (1)

该公式在概率断裂力学方法中具有非常重要的作用，尽管大量的试验数据已经证明了式(1)的有效性，但仍存在如下问题：

1)该公式的适用范围不明确，相对小裂纹尺寸范围与细节几何尺寸有关，而目前缺乏统一的标准明确该范围；

2)式(1)中参数的确定必须基于大量的耐久性试验，与试验的具体情况有关。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供耐久性分析中相对小裂纹扩展速率的计算方法，以解决上文提到的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种耐久性分析中相对小裂纹扩展速率的计算方法，其包括：

利用da/dN＝Qa^b计算相对小裂纹扩展速率，其中，a为裂纹长度，N为应力循环次数， R为应力比，σ为峰值应力，Y为应力强度因子修正系数，C、n为用 Paris公式表征的裂纹稳定扩展段的扩展参数。

在一些实施例中，优选为，在所述利用da/dN＝Qa^b计算相对小裂纹扩展速率之前，所述耐久性分析中相对小裂纹扩展速率的计算方法还包括：

利用应力强度因子近似解确定相对小裂纹尺寸上界a_u；

当a＜a_u时，利用da/dN＝Qa^b计算相对小裂纹扩展速率。

在一些实施例中，优选为，所述a_u的确定方法包括：基于应力强度因子近似解模拟裂纹扩展并获得a-Y曲线，按工程许用误差±5％确定a_u和Y₀。