[发明专利]一种基于裂纹闭合效应的疲劳寿命预测方法

摘要

一种基于裂纹闭合效应的疲劳寿命预测方法，该方法的步骤为：对待测材料进行不同应力比下的疲劳裂纹扩展试验，确定材料参数C、m；通过不同应力比下的疲劳裂纹扩展试验数据确定材料系数C(R)；确定与应力比无关的材料参数；确定不同应力状态下的裂纹闭合系数U；采用小裂纹闭合系数修正公式确定小裂纹闭合系数，再结合相应的应力强度因子范围，得到疲劳全寿命裂纹扩展速率公式；测量材料微观结构的等效长度作为初始裂纹长度，通过断裂韧性的定义确定临界裂纹长度，最后求疲劳全寿命裂纹扩展速率公式从到的疲劳积分，该实施方案过程简单，易于实现。

主权项

1.一种基于裂纹闭合效应的疲劳寿命预测方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下，步骤1)：对待测材料进行不同应力比下的疲劳裂纹扩展试验，采用七点递增多项式法和最小二乘法确定材料参数C、m；步骤2)：材料系数C(R)的确定；Paris公式的双对数公式为：lg(da/dN)＝lgC+mlg(ΔK)   (1)根据同一材料在不同应力比R下的疲劳裂纹扩展速率呈平行关系，当应力比R变化时，直线沿x轴平移，则变化后的应力比R的公式为：[lg(da/dN)]*＝lgC+m(A1R2+A2R+A3)+mlg(ΔK)   (2)因此得出：式(2)‑式(1)得到：([lg(da/dN)]*‑lg(da/dN))＝m(A1R2+A2R+A3)   (4)再通过不同应力比下疲劳裂纹扩展数据拟合得到参数A1，A2，A3；进而得到材料特性系数C(R)如下：步骤3)：材料参数C*的确定；又因为当Kmin其中C*、m*为与应力比无关的常数，ΔKeff为有效应力强度因子，U为裂纹闭合系数；当应力比为R时，闭合系数为U(R)，材料系数为C(R)，得到：由于同一材料在不同应力比R下的疲劳裂纹扩展速率基本呈平行关系，所以m看作是不变的，即m*＝m，因此得到：步骤5)：疲劳裂纹扩展速率公式的确定；通过小裂纹闭合系数修正公式表示小裂纹的尺寸效应，其中U*为小裂纹闭合系数，a0为初始裂纹长度；小裂纹的应力强度因子范围表示为：式中Y为几何修正因子；于是小裂纹的疲劳裂纹扩展速率公式为：由公式(11)可知，当a逐渐增大时，U和U*的值近似相等，因此，小裂纹和长裂纹的闭合系数统一用U*来表示；因此，疲劳全寿命裂纹扩展速率公式也用公式(13)计算；步骤6)：初始裂纹长度a0和临界裂纹长度ac的确定；通过测量材料微观结构的等效长度作为初始裂纹长度a0；临界裂纹长度ac通过断裂韧性KIC的定义得出，所述步骤3)中当应力比R>0.7时认为裂纹是完全张开的，即ΔKeff＝ΔK，由于裂纹是完全张开的，此时ΔK不随应力比R的变化而变化或受应力比R的影响较小，因此设定此时的应力比为R*，因此得到材料参数C*＝C(R*)。