随机载荷加载下疲劳裂纹扩展速度的一种计算方法

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1、第23卷第3期四川理工学院学报(自然科学版)V01．23No．32010年6月JournalofSichuanUniversityofScience&Engineering(NaturalScienceEdition)Aug．2010文章编号：1673-1549(2010)04-0406-05随机载荷加载下疲劳裂纹扩展速度的一种计算方法于强·(四川理工学院理学院，四川自贡643000)摘要：为了揭示出随机载荷加载下，疲劳裂纹扩展速度的规律，利用临界平面方法，把多轴随机载荷等效为单轴随机载荷，并进而简化为单轴多级恒幅载荷谱，然后利用恒幅疲劳裂纹扩展的

2、速度公式，计算裂纹的总增加量，推导出随机载荷加载下疲劳裂纹扩展速度的计算公式。通过对试件的疲劳寿命预测，验证了该公式的正确性。关键词：随机载荷；临界平面；裂纹扩展速度；寿命预测中图分类号：0346．2文献标识码：A应力张量为or(￡)，相应的应变张量为(￡)。利用引言坐标旋转矩阵占(t)=(M)(M)，or(t)=本文中的随机载荷，是指载荷的大小和方向都在随(M)or(M)，可以把A点应力和应变状态从。一xyz坐时间变化的载荷。由于实际的构件，大多数都处于随机标转换到0一x'y坐标中表示，如图2所示：载荷加载的复杂工作状态下。为了掌握该状态下的构件

3、裂纹扩展速度规律，文中重点阐述了3方面内容：(1)fz如何确定随机载荷加载下材料裂纹扩展的平面，即临界平面。(2)在临界平面上，如何把多轴随机载荷合理简化为单轴多级恒幅载荷谱。(3)利用多级恒幅加载下疲劳裂纹扩展的速度公式，导出随机载荷加载下，疲劳裂纹扩展速度的计算公式。最后利用文献提供的实验数据，对该公式的正确性进行了初步的验证。1随机载荷加载下临界平面的确定图2外载荷从。一xyz坐标转换到0一x'y：坐标1．1材料中任意平面上的载荷计算⋯在x'y平面上的剪应变为：设在材料中的危险点A处，测量出外载荷如图1所示：y，y，：一sin2Osin~o+

4、sin2Osinq~y+cos2Osinq~一sinOcosq~+cosOeos~在：轴上的正应变为：，=cosOcos+8ysin0cos+6,sin1n22+COS一s鲫n21一sinsin2~p(2)图1微元A处外载荷收稿日期：2010-02-26作者简介：于强(1956-)，男，山东泰安人，讲师，主要从事力学方面的研究。第23卷第3期于强：随机载荷加载下疲劳裂扩展逮鏖二盐笠：!其余各个应力及应变式，由于篇幅较大，故不再赘5-1-5’，可以再次雨流计数。述。即用坐标旋转矩阵可以把A点的一般应力应变状这样，在任意，平面上，就可以分解出随机载全态

5、，转化到任意平面∈[0。，360。]，∈[0。，180。]上部的荷剪应变循环了。表示。1．3最大法向正应变△和平均正应力or：的确定1．2在任意0，平面上剪应变的循环历程的确定(1)最大法向正应变，是指在剪应变的一个循环过1．2．1循环参数值的确定方法程中，有两个半循环，在每一个半循环各自对应的一个设某一加载过程中，材料的损伤是由最大剪应变和法向应正变中，较大的一个称为该循环的最大法向正应最大正应力构成，则可以选用最大剪应变的变程△⋯变。如图4所示。为主要循环参数，最大法向正应变的变程△和平均正在2-3_2’循环中，半循环2—3所对应的法向正应变应

6、力：为辅助参数。大于半循环3-2’，所对应的法向正应变，即为该循环的由于单轴的雨流计数法所确定的循环应变的变程最大法向正应变△。与应力一应变迟滞回线完全对应，则在0，平面上，对一在图4值图上，△值等于2·3点直线的斜率与个循环过程，首先用雨流计数法计数△y值，然后确定相应的时刻差之积。相应的△s和：值。(2)平均法向正应力，是指在剪应变的一个循环过1．2．2载荷历程的峰谷值判别程中，最大法向正应力值⋯与最小法向正应力值设载荷按时间历程构成三角形波谱，其峰谷值为盯⋯．的平均值or：。在图4值图上的2-3-2’循环中，半Xl2⋯⋯，当满足(。+l—)(

7、+2一H1)<0时，循环3-2’的中值为平均法向正应力值,若⋯一>0则为峰值，若⋯一<0，则⋯为1!=÷(or，+)(3)谷值。记录下各个峰、谷值，及其对应时刻+值。1．2．3剪应变一阶段雨流计数m按雨流法计数法原理，令剪应变=表示，则主要计数方法为：(1)若—Ⅲ<0且≤m，当m≤m时，则取出半循环+。一m，并记录变程Ax=Jm—Tl，然后计数下一点=i+1。当>m时，则无半循环可取出，计数下一点=i+1。(2)同理若f>且>m时，当⋯>m，则取出半循环一。记录变程值Ax=Im一+I，计数下一点i=i+1，当<+：时，则无半循环T可取出，计数下一点

8、i=i+1。重复(1)、(2)两步骤，取出全部小循环。1．2．4剪应变二阶段雨流计数对发散．收敛谱，可采取补充或者切除的方