强度理论-疲劳裂纹扩展ppt课件.ppt

《强度理论-疲劳裂纹扩展ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、强度理论与方法（9）——疲劳裂纹扩展1问题:有缺陷怎么办？发现裂纹，能否继续使用？剩余寿命？如何控制检修？均匀、无缺陷材料循环载荷作用S-N曲线e-N曲线裂纹萌生寿命理论基础：线弹性断裂力学(1957)计算手段：计算机迅速发展；实验手段：高倍电镜、电液伺服疲劳机，电火花切割机等研究可能疲劳裂纹扩展研究需求我们已经讨论过应力寿命方法和应变寿命方法，现在讨论用于疲劳裂纹扩展估计的断裂力学法。2给定a，,da/dN；给定,a,da/dN。A疲劳裂纹扩展速率讨论张开型(I型)裂纹。a＞＞rp，LEFM力学可用。一.aN曲线二、疲劳裂纹扩展控制参量aN曲线

2、的斜率，就是裂纹扩展速率da/dN。a(mm)a0NCCTCT>1Ds2Ds3Ds>R=0K,a故K,da/dN标准试样预制疲劳裂纹恒幅疲劳实验记录a,N注意3裂纹尖应力强度因子a(mm)a0NCCTCT>1Ds2Ds3Ds>R=0是几何修正因子4裂纹只有在张开的情况下才能扩展，故控制参量K定义为：K=Kmax-KminR＞0K=KmaxR＜0疲劳裂纹扩展速率da/dN的控制参量是应力强度因子幅度K=f(,a)，即：da/dN=(K,R,…)应力比R=Kmin/Kmax=min/max；与K相比，R的影响是第二位的。5三.疲劳裂纹

3、扩展速率FCGRFatigueCrackGrowthRateR=0时的da/dN-K曲线，是基本曲线。实验a=a0R=0=consta(mm)a0NDsR=0iadadNaN曲线ai,(da/dN)i,ai,Kida/dN-K曲线lgda/dN10-5-610-9lg(K)D~6lgda/dN12310-5-610-9lg(K)D~1.da/dN-K曲线低、中、高速率三个区域：cK=(1-R)K=(1-R)KmaxthDK低速率区：有下限或门槛值KthK＜Kth,裂纹不扩展。高速率区:有上限Kmax=Kc，扩展快，寿命可不计。中速率区:有对

4、数线性关系。可表达为：da/dN=C(K)mC、m和Kth，是描述疲劳裂纹扩展性能的基本参数。微解理为主微孔聚合为主条纹为主7lgda/dN12310-5-610-9lg(K)D~thDK微解理为主微孔聚合为主条纹为主三种破坏形式:微解理型低速率条纹型稳定扩展微孔聚合型高速率8Paris公式：da/dN=C(K)m2.裂纹扩展速率公式K是疲劳裂纹扩展的主要控制参量；疲劳裂纹扩展性能参数C、m由实验确定。3.扩展速率参数C,m的确定实验a=a0R=0记录ai、Ni(K)i=f(,ai,)(da/dN)i=(ai+1-ai)/(Ni+1-Ni)ai

5、=(ai+1-ai)/2lg(da/dN)=lgC+mlg(K)最小二乘法C,m?9B疲劳裂纹扩展寿命预测1.基本公式应力强度因子：afK=ps中心裂纹宽板f=1；单边裂纹宽板f=1.12临界裂纹尺寸aC：有线弹性断裂判据：或疲劳裂纹扩展公式：得到裂纹扩展方程：(f,D,R,a0,ac)=Ncf一般是裂纹尺寸的函数，通常需要数值积分。10得到:ïïîïïíìD--D=--)ln()(1]11[)15.0()(1015.015.00aafCaamfCNCmmCmmCpspsm=2m2da/dN用Paris公式表达时的裂纹扩展方程对于无限大板，f=const.，

6、在=const.作用下，由Paris公式da/dN=C(K)m积分有：113)已知a0,ac,给定寿命Nc,估算在使用工况(R)下所允许使用的最大应力Smax。2.Paris公式的应用抗疲劳断裂设计计算1）已知载荷条件S，R，初始裂纹尺寸a0,估算临界裂纹尺寸ac,剩余寿命Nc.2)已知载荷条件S，R,给定寿命Nc,确定ac及可允许的初始裂纹尺寸a0。断裂判据：CCKafK£=psmaxmax裂纹扩展方程：Nc=(f,D,R,a0,ac)基本方程12解：1.边裂纹宽板K的表达式：K=1.12s(pa)1/2例1：边裂纹板a0=0.5mm,载荷为smax

7、=200Mpa。R=0,材料参数sys=630MPa,su=670MPa,DKth=5.5MPa,Kc=104MPa,裂纹扩展速率为da/dN=6.9×10-12(DK)3,试估算其寿命。4.临界裂纹长度ac？由断裂判据有：Kc=1.12smax(pac)1/2；ac=68mm3.长度为a0的初始裂纹是否扩展？DK=1.12s(pa)1/2=9MPa＞DKth=5.52.DK=Kmax-Kmin=1.12(smax-smin)=1.12s135.估算裂纹扩展寿命Nc：由裂纹扩展速率方程得：Nc=189500次循环a0(mm)Kc(MPam)ac(mm)Nc(