低合金超高强度钢跨尺度疲劳失效行为分析.pdf

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1、第12卷第1期长沙理工大学学报(自然科学版)Vo1．12N0．12015年3月JournalofChangshaUniversityofScienceandTechnology(NaturalScience)Mar．2O15文章编号：1672—9331(2015)01—0079～06低合金超高强度钢跨尺度疲劳失效行为分析唐雪松，李欣然，魏天添(长沙理工大学土木与建筑学院，湖南长沙410004)摘要：为了研究40CrNi2Si2MoVA低合金超高强度钢的跨尺度疲劳失效行为，以约束应力区描述材料的损伤过程，以跨尺度应变能密度

2、因子作为疲劳裂纹扩展的控制参量，建立宏微观跨尺度疲劳裂纹扩展统一模型。采用上述模型，利用光滑试样(应力集中系数K一1)的试验s—N曲线，拟合出疲劳模型中的材料参数。当考虑材料微结构对疲劳寿命的影响时，该模型可精确再现出疲劳试验数据的发散特性。利用该模型对不同应力集中系数下(K一2，3)含缺口试样的疲劳寿命进行了预测，理论计算结果与试验结果吻合良好。研究结果表明，合金钢材料的初始缺陷及微结构的演化特性，对疲劳寿命有显著影响，是疲劳试验数据发散的主要原因。关键词：疲劳裂纹扩展；S～N曲线；合金钢；跨尺度；微观效应；约束应力区

3、中图分类号：O346．1文献标识码：AAnalysisoftrans。scalefatiguefailurebehaviorforlowalloyandsuper-highstrengthsteelmaterialTANGXue—song，LIXin—ran，WEITian—tian(SchoolofCivilEngineeringandArchitecture，ChangshaUniversityofScienceandTechnology，Changsha410004，China)Abstract：40CrNi2Si

4、2MoVAsteelmaterialisalowalloyandsuper—highstrengthsteelmate—rialanditstrans—scalefatiguefailurebehaviorisinvestigated．Thefatiguedamageprocessisdescribedbyarestrainingstresszone．Bytakingthetrans—scalestrainenergydensityfactorasthecontrollingparameteroffatiguecrack

5、growth，aunifiedmicro／macrotrans—scalefa—tiguecrackgrowthmodelisproposed．Thematerialfatigueparametersinthemodelarede—terminedfromtheS—·Ntestdataforthesmoothspecimenswiththestressconcentrationfac——torKf一1．Whenthemicroscopiceffectsaretakenintoaccount，thescatteredfat

6、iguetestdataforsmoothspecimensareaccuratelyre—producedbytheproposedmode1．ThefatiguelivesforthenotchedspecimenswithdifferentvaluesofK(K一2，3)arepredicted．Thepredictedresultsareingoodagreementwiththeexperimentalresults．Theresultsshowthattheinitialdefectsandtheevolut

7、ionofthematerialmicro—structureshavealargeinfluenceonthematerialfatigue1ire。whichisthemainreasonofthescatteroffatiguetestdata．Keywords：fatiguecrackgrowth；S—Ncurve；alloysteel；trans—scale；microscopiceffect；restrainingstresszone收稿日期：2015—01～15基金项目：国家“973”计划资助项目(2015

8、CB057705)；国家自然科学基金资助项目(51378081)作者简介：唐雪松(1964一)，男，湖南双峰人，长沙理工大学教授，博士，主要从事固体力学与土木工程方面的研究。80长沙理工大学学报(自然科学版)众所周知，疲劳试验数据具有很大的发散性，伤)。当。减小至0、并且n扩展至宏观尺寸时，即完全相同的一组试件，在相