[发明专利]一种确定有效应力强度因子范围的方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料疲劳裂纹扩展性能确定技术领域，具体涉及一种确定有效应力强度因子范围的方法，主要应用于确定材料疲劳裂纹扩展性能参数。

背景技术

套管钻井即使是21世纪最有创新性的钻井技术之一，由于套管改变了传统的使用方法，同时具备固井和钻井的功能，对其疲劳性能提出了更高的要求。尽管自从Paris发现疲劳裂纹扩展曲线在双对数坐标中呈一直线，Paris公式中的两个参数C和m就在工程上得到了广泛的重视和应用。但事实上很多人都通过试验发现随着应力比的增加，疲劳裂纹扩展曲线发生左移，即Paris参数C并非材料常数，而是受到应力比的显著影响。据此，有研究者建立了如下公式：

                                               

式中：da/dt 为裂纹扩展速率（m/cycle），△K_eff为有效应力强度因子范围(MPa·m^1/2)；C_eff和m_eff是材料常数。

C_eff和m_eff作为材料常数能够很方便的用于工程设计中，不受其它外在因素的影响。为了获得材料常数C_eff和m_eff. 通常需要首先确定△K_eff， 但确定△K_eff很麻烦，因为影响的因素很多，包括材料的塑性，材料容易受氧化的程度等等。

尽管根据公式（2）可以计算出△K_eff：

△K_eff＝U△K                                                (2)

式中：U为闭合效应系数，△K为标称应力强度因子范围。

但U的确定本身就很麻烦，需要专用的设备。尽管有的文献利用特殊方法获得某些材料闭合效应系数的计算公式，但不同材料特性千差万别，计算误差较大。

采用本发明的方法能够确定△K_eff，具有方法简单，不需要添加设备，精度高，适用范围广等特点。从而增加了工程设计的精确度和方便性，在降低疲劳失效事故率方面具有重要的意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种确定有效应力强度因子范围的方法，具有方法简单，不需要添加设备，精度高，适用范围广的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种确定有效应力强度因子范围的方法，包括如下步骤：

第一，根据标准加工试样，采用紧凑拉伸试样，试样厚度B＝4.8mm，宽度W＝30mm，切口采用线切割方式加工，预裂长度为2mm，利用PLD-100型液压伺服疲劳试验机，裂纹长度由微机辅助电位法监测，电位函数由边界元法计算给出，试验温度为室温，频率为10Hz，加载波形为正弦波型，载荷为1.4KN，试验应力比R＝P_min/P_max，将不同应力比下的疲劳裂纹扩展曲线绘制在双对数坐标（lg(da/dN)-lg△K）中；

其中，da/dN为疲劳裂纹扩展速率；△K为应力强度因子范围；P_min为最小载荷；P_max为最大载荷；

第二，确定最大应力比下lg(da/dN)-lg△K直线部分的中部点对应的（da/dN）其值作为（da/dN）_base，其中（da/dN）_base为基准裂纹扩展速率；