[发明专利]一种确定材料在不同应力比下的Paris参数C和m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，具体涉及一种确定材料在不同应力比下Paris参数C和m的方法。主要应用于确定材料材料疲劳裂纹扩展性能。

背景技术

在研究套管钻井钢的疲劳裂纹扩展性能过程中发现，Paris参数C并非为常数，而是受到应力比的显著影响。m值相对比较稳定。而套管在钻井过程中由于井况复杂，诸如岩石、粘土层等等，都会导致应力比发生变化，从而导致裂纹扩展速率发生变化，使得Paris公式应用受到局限性。尽管1971年，W.Elber 对Paris公式：

进行了修正定义如下

其中da/dN 为疲劳裂纹扩展速率（m/cycle），C_eff和m_eff是材料常数；

提出了有效应力强度因子的概念，但没有广泛应用到工程实践中去。主要是因为观察到了裂纹闭合效应现象，但没有在各个参量之间建立定量关系。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种确定材料在不同应力比下的Paris参数C和m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：一种确定材料在不同应力比下的Paris参数C和m的方法，包括如下步骤：

第一、在双对数坐标系中绘制材料在不少于四种不同应力比下的lgda/dn-lg△K曲线，根据下式求取不少于四种不同应力下的Paris参数C和m；

                                               

上式中，da/dN为疲劳裂纹扩展速率（m/cycle）；

第二、基于上表中的应力比和Paris 参数C /×10^-13 ，利用最小二乘法获得应力比和C之间的关系式，C=f（R）；

式中：C为Paris参数，R为应力比；

第三、基于以下公式将不同应力比下的△K转换为△K_eff，

△K_eff＝△K ()   

上式中，△K_eff为有效应力强度因子范围(MPa·m^1/2)；△K为应力强度因子范围(MPa·m^1/2)；R为应力比；

第四、将所有的△K_eff按照从小到大次序排列，△K对应的疲劳裂纹扩展速率不变，然后在双对数坐标系中绘制一条曲线；

第五、基于如下公式求取材料参数C_eff 和m_eff，

  

其中，C_eff和m_eff是材料常数；da/dN为疲劳裂纹扩展速率（m/cycle）；

第六、根据第二步中的公式和C_eff ，建立C，C_eff及R之间的关系式，如下所示： C=C_eff（AlnR＋B ）；

式中B为常数；

第七、根据应力比R，C_eff及常数A和常数B，求得任何应力比下的Paris参数C，根据m_eff 取任意应力比下的Paris 参数m 为m_eff，根据Paris公式计算不同应力比下，不同△K对应的疲劳裂纹扩展速率。

本发明的有益效果是：