[发明专利]一种材料疲劳裂纹扩展行为的简捷评估方法及系统

说明书

本发明涉及疲劳裂纹扩展技术领域，更具体的说，涉及一种材料疲劳裂纹扩展行为的简捷评估方法、系统及介质。本发明提出的材料疲劳裂纹扩展行为的简捷评估方法，包括：步骤S1、获取基准疲劳裂纹扩展曲线；步骤S2、获取任意一应力比R下的转折点的应力强度因子范围ΔKsubgt;T(R)/subgt;；步骤S3、获取Paris区的预测曲线；步骤S4、获取疲劳裂纹扩展曲线的转折点的扩展速率(da/dN)subgt;T(R)/subgt;；步骤S5、获取应力比R下的疲劳裂纹扩展曲线的疲劳门槛值ΔKsubgt;th(R)/subgt;；步骤S6、获得近门槛值区的评估曲线；步骤S7、获得应力比R下的疲劳裂纹扩展曲线，进行疲劳裂纹扩展行为的预测评估。本发明以少量的实验数据作为支撑，对任意应力比下的裂纹扩展行为进行精确预测，同时避免多次实验的繁琐过程。

技术领域

本发明涉及疲劳裂纹扩展技术领域，更具体的说，涉及一种材料疲劳裂纹扩展行为的简捷评估方法、系统及介质。

背景技术

疲劳破坏是工程领域危害最常见的一种破坏形式，在实际工况下，大多数的机械结构都受到交变载荷的作用。

据统计，由于疲劳所造成的机械结构破坏占50％-90％，并且由于疲劳裂纹一般为无明显塑性变形的突然断裂，对人员和财产安全的危害极大。对机械结构的疲劳破坏进行合理的预测和评估，可以有效的预防疲劳破坏所带来的安全隐患。

疲劳裂纹扩展(FCG)曲线是描述裂纹在扩展过程中应力强度因子范围ΔK与扩展速率da/dN关系的曲线。

一般的长裂纹FCG曲线以疲劳裂纹扩展门槛值ΔK_th和断裂韧性ΔK_IC为界限分为三个阶段。

尤其是，1963年，Paris在断裂力学方法的基础上提出了著名的Paris公式，来描述疲劳裂纹扩展规律。

Paris公式的具体表达式为：

其中，C为相关系数，m为幂律指数。

从Paris公式的形式可以看出，FCG曲线在双对数坐标系下是一条直线。然而，经过后续众多研究发现FCG曲线一般在FCG曲线的第二阶段呈现一种双线性关系，图1表示了典型的疲劳裂纹扩展曲线图，如图1所示，根据转折点ΔK_T可以将FCG曲线分为Paris区和近门槛值区。

对FCG曲线的评估一般有双线性和单线性两种模型，相比而言，双线性模型更能反映材料疲劳裂纹扩展行为的真实情况，其评估水平也更加可信和精确。建立一个合理可靠的双线性模型，是评估结果是否可信的关键。

现有的设计标准中，如ASME、JSME和FEM等标准，仅规定了最保守的单线性模型，并且对不同应力比的情况未加以考虑，从而导致了材料性能的浪费。

在某些较为罕见的特殊工况下，现有的以经验公式为基础的标准并不能对材料的裂纹扩展行为进行有效的预测和评估。若材料在某些较为极端的工况下，实验的成本过高，大规模的实验测定过于费时费力。

因此，目前并没有一种简捷而准确的材料疲劳裂纹扩展行为的预测及评估方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种材料疲劳裂纹扩展行为的简捷评估方法、系统及介质，解决现有材料疲劳裂纹扩展行为的预测评估准确性低、测试成本高的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种材料疲劳裂纹扩展行为的简捷评估方法，包括以下步骤：

步骤S1、获取指定应力比下的基准疲劳裂纹扩展曲线；

步骤S2、根据基准疲劳裂纹扩展曲线的转折点，获取任意一应力比R下的疲劳裂纹扩展曲线的转折点的应力强度因子范围ΔK_T(R)；

步骤S3、获取Paris区的预测曲线；