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1、第25卷第1期武汉理工大学学报Vol.25No.12003年1月JOURNALOFWUHANUNIVERSITYOFTECHNOLOGYJan.2003文章编号:1671-4431(2003)01-0049-03Q235钢裂纹扩展参数的实验测定赵章焰雷新华孙国正(武汉理工大学)摘要:材料的疲劳裂纹扩展参数是材料的固有特性,是开展裂纹监控的重要参数。为了开展对Q235钢的裂纹进行有效的监测,用实验测量了计算Q235钢材料的疲劳裂纹扩展速率的两个参数。这两个参数的测定,是对Q235钢材料特性参数的补充。关键词:Q235钢;疲劳裂纹;扩展参数;实验测定中
2、图分类号:TH140.7文献标识码:A机械承载结构(特别是承受交变应力的结构)上的裂纹扩展属于疲劳扩展。随着Q235钢得到越来越广泛的使用,工程实际中(特别是交通运输领域中)Q235钢的裂纹问题日益突出。裂纹的出现不仅会降低设备的使用效率,而且对设备及人生安全都具有潜在的巨大威胁。因此,对Q235钢裂纹的监控显得十分迫切。长期以来,由于缺乏Q235钢的裂纹扩展参数,工程中对Q235钢裂纹的监控工作无法进行。为了改变这种状况,必须测量Q235钢的裂纹扩展参数。1理论基础[1]疲劳裂纹扩展的速率问题是整个裂纹扩展规律研究的核心。疲劳裂纹的扩展速率可以用
3、下式表示da/dN=f(σ,a,C)(1)式中,N为交变应力的循环次数,σ为应力,a为裂纹长度,C为与材料有关的常数。对于线弹性材料:Paris指出:应力强度因子K既然能够表示裂纹顶端的应力场强度,就可以认为K值是控制裂纹扩展速率的重要参量,并提出了裂纹扩展的半经验公式mda/dN=C(ΔK)(2)式中,ΔK为应力强度因子的幅值(ΔK=Kmax-Kmin),C、m是由材料决定的常数。对于Ⅰ型裂纹有ΔK=y·Δσπa(3)式中,y为裂纹形状因子系数。对式(2)两边取对数,可以得到lg(da/dN)=lgC+mlg(ΔK)(4)上式说明:在对数坐标轴上
4、,da/dN与ΔK之间是线性关系,其斜率即为材料常数m,截距即表示材料常数C。这是图1Q235钢试件寻求Q235钢材料常数的理论依据。2试件及实验条件制作了与实际承载结构相似的箱形截面梁试件。该试件用Q235薄板(板厚δ=3mm)构成,它是由上、下收稿日期:2002-09-04.作者简介:赵章焰(1963-),男,副教授;武汉,武汉理工大学物流工程系(430063).交通部重点科技项目(98-04-03-02).武汉理工大学学报2003年150月翼缘板,腹板组成的变截面箱形梁,各板之间用贴角焊缝连接。试件及试件的受力与支承简图如图1所示。实[2]验
5、前,在试件的腹板上预制了长度为10mm裂纹。实验在疲劳试验机上进行。实验条件为:实验载荷为正弦脉动载荷;加载频率为3Hz;实验温度为室温。实验过程中记录裂纹的扩展长度和相应的循环次数。3实验数据及处理在实验过程中,测量和记录的实验数据如表1所示。将表1中的实验数据进行预处理,得到表2。表1裂纹扩展的实验数据测量序号最大载荷Pmax/N最小载荷Pmin/N扩展长度Δa/mm循环次数ΔN/次110290049001.816000283300490041000003833004900780000483300490038786858330049006136
6、626683300490064078378330049004.53136988330049006409549833004900735701108330049004.151142116860058005110001278400580011100141378400390051060514784004100715000157840062003211023表2裂纹扩展实验数据的预处理结果3-测量序号da/dNΔK/(N·mm2))X=lgΔKY=lg(da/dN)11.125e-41440.963.159-3.94924e-51312.073.118-4.
7、39838.75e-51291.173.111-4.05843.4e-51382.843.141-4.46854.39e-51455.383.163-4.35761.47e-41570.313.196-3.83371.43e-41708.273.233-3.84581.47e-41702.893.231-3.83391.96e-41666.333.222-3.708108e-51700.533.231-4.097114.5e-42242.813.351-3.343121.098e-32674.953.427-2.959134.71e-43065.7
8、53.487-3.327144.67e-43464.593.540-3.331152.9e-35512.683.741-2
