一种新的疲劳损伤演化模型

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1、第27卷第2期Vol.27No.2工程力学2010年2月Feb.2010ENGINEERINGMECHANICS37文章编号：1000-4750(2010)02-0037-04一种新的疲劳损伤演化模型*郑战光，蔡敢为，李兆军(广西大学机械工程学院，广西，南宁530004)摘要：考虑到金属构件的疲劳损伤主要属于机械损伤，则造成损伤的外因主要是应力幅，而导致损伤的内因是材料本身的性质。基于损伤力学基础理论推导的一般损伤演化方程，并结合断裂力学中经典的帕里斯公式，以有效当量应力幅和材料损伤的特性参数为控制变量得到了一种新

2、的疲劳损伤演化模型，并以12Cr1MoV钢为例进行了实验分析。结果表明：新模型形式简单、参数少，且比Lemaitre模型与实验结果符合得更好。关键词：损伤力学；疲劳损伤模型；断裂力学；耗散势；应力幅中图分类号：O346;TB125文献标识码：AANEWMODELOFFATIGUEDAMAGEEVOLUTION*ZHENGZhan-guang,CAIGan-wei,LIZhao-jun(CollegeofMechanicalEngineering,GuangxiUniversity,Nanning,Guangxi53

3、0004,China)Abstract:Fatiguedamageofmetalcomponentisakindofmechanicaldamage,sothemainexternalcauseoffatiguedamageisstressamplitudeandtheinternaloneisintrinsicpropertyofmaterial.BasedonthegeneraldamageevolutionequationofdamagemechanicsandParisformulaoffractureme

4、chanics,anewmodeloffatiguedamageevolutionisproposedbyusingthedominatingvariablesoftheeffectiveequivalentstressamplitudeandthecharacteristicparametersofdamagedmaterial.Asanexample,anexperimenton12Cr1MoVsteeliscarriedout.Itisshownthatthenewmodelissimple,andinbet

5、teragreementwiththeexperimentalresultthanLemaitremodelofdamagemechanics.Keywords:damagemechanics;fatiguedamagemodel;fracturemechanics;dissipationpotential;stressamplitude目前应用于疲劳损伤演化的损伤力学模型主势导出材料的损伤演化方程；并结合断裂力学的经要有两类：一是Chaboche模型及其各种简化模典帕里斯公式，得到了一种新的疲劳损伤演化模[1―3

6、]型，它是基于疲劳损伤曲线直接构造损伤演化型，该模型具有推导简单且参数少等优点；最后通函数而建立的，有较好的普适性，但其参数多，较过实验对模型进行了验证，验证结果表明新模型与[4―7]为复杂；另一类是Lemaitre模型，它从热力学实验符合得较好。耗散理论推导得到，实质上为一延性损伤模型，损1疲劳损伤演化模型伤与塑性应变直接相关。虽然以上两类模型均有广泛应用，但实践表明它们并不便于工程应用。1.1损伤力学基础理论本文基于连续性介质损伤力学，由构造的耗散由于疲劳失效过程必然伴随着热量产生与热—————————————

7、——收稿日期：2008-09-24；修改日期：2009-05-05基金项目：广西科学基金项目(桂科自0832030)；广西大学科研基金项目(X081036)；广西制造系统与先进制造技术重点实验室项目(桂科能0842006-005-Z)作者简介：*郑战光(1975―)，男，江西人，讲师，博士生，从事机械强度研究(E-mail:zzg75527@gxu.edu.cn)；蔡敢为(1961―)，男，湖南人，教授，博士，博导，机械工程学院院长，从事机械性能研究(E-mail:cganwei@gxu.edu.cn)；李兆军(1

8、964―)，男，湖北人，副教授，博士，从事机械性能研究(E-mail:glenlzj@126.com).38工程力学量流动而并非仅仅涉及机械能的转换，同时在该过*11m+ψ=AY(9)程中所发生的介质劣化与塑性应变均具有不可逆m+1性，所以疲劳失效属于不可逆的热力学过程。其中，A、m为参数，可通过疲劳实验来确定。因此，由热力学第二定律导出的Clausius-