[发明专利]一种疲劳裂纹扩展速率归一化预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料疲劳裂纹扩展速率预测领域，具体涉及一种基于能量释放率的疲劳裂纹扩展速率归一化预测方法。

背景技术

疲劳损伤是工程结构在交变载荷作用下的主要失效模式之一，研究不同应力比下的疲劳裂纹扩展速率，对评估工程结构剩余寿命和确定其维修周期具有重要意义。

裂纹扩展速率与相应类型的应力强度因子变化幅有关，复合疲劳裂纹扩展速率计算公式作为其一般形式，目前文献中主要采用有效应力强度因子幅ΔK_eff或以能量（如ΔG、ΔJ、应变能密度因子幅ΔS等）作为控制参量。关于应力比R的影响，目前的研究工作大多为基于Paris公式修正的I型疲劳裂纹扩展，如早期的Forman公式（1967年）、Elber公式（1970年）、Walker公式（1970年），以及近些年来Kujawski等和Huang等（2007年）的计算模型；这些修正公式都是以应力强度因子幅ΔK为控制参量，且大多存在一些不足之处，如与其材料相关的实验待定常数随不同应力比而变化，或者与应力比相关的修正系数对于不同的材料没有做到很好的统一，这些情况都会为变幅载荷作用下的准确疲劳寿命预测带来困难。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术的不足，提供一种操作合理而简单有效的疲劳裂纹扩展速率归一化预测方法。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种疲劳裂纹扩展速率归一化预测方法，包括以下步骤：

1）、在双对数坐标中绘制设定金属材料在不同应力比R∈(a,b)下的lg(da/dN)-lg(ΔG)数据图。

2）、构建应力比R=i下的金属材料疲劳裂纹扩展速率计算公式：da/dN=f(ΔG_eqi)，将应力比R=i时的疲劳裂纹扩展速率（da/dN）表示成关于能量释放率变化幅ΔG_eqi和能量释放率变化幅门槛值ΔG_thi的函数形式，表达式如下：

dadN=B[(ΔGeqi)m-(ΔGthi)m]---(1)]]>

上式中，B、m为R=i时与其材料相关的常数。

3）、利用绘制的应力比R=i下的lg(da/dN)-lg(ΔG)数据图，由步骤2）中的公式（1），通过最小二乘法拟合得到实验参数B＝f₁(i)和m＝f₂(i)以及ΔG_thi＝f₃(i)，从而确定R=i下的公式（1）的表达式形式及曲线。

4）、建立不同应力比R≠i下实验数据的归一化方法表达式

ΔG_eqi=MΔG                   （2）

式中，应力比归一化系数M是与应力比R有关的函数；而对于不同应力比R下的能量释放率变化幅ΔG则通过应力强度因子变化幅ΔK进行求解，对于平面应变的疲劳裂纹扩展，有