[发明专利]一种估算裂纹萌生尺寸数值的方法

说明书

本发明提供了一种估算裂纹萌生尺寸数值的方法，所述估算方法包括：基于弹塑性断裂力学方法获得短裂纹疲劳寿命的公式，建立疲劳裂纹萌生尺寸的基本模型；根据疲劳裂纹萌生寿命，总疲劳寿命和失效裂纹尺寸的计算方法，对所述疲劳裂纹萌生尺寸的基本模型进行改进，以得到疲劳裂纹萌生尺寸的预测模型。

技术领域

本发明涉及材料力学技术领域，特别涉及一种估算裂纹萌生尺寸数值的方法。

背景技术

疲劳是一个损伤积累的过程，一直以来被广泛研究。疲劳破坏一般由三个阶段组成：裂纹萌生阶段、裂纹扩展阶段、最后发生不稳定断裂阶段。裂纹萌生到疲劳破坏的过程如图1所示。宏观短裂纹的下边界被确定为裂纹萌生尺寸。裂纹初始阶段发生微观断裂，不影响疲劳强度，短裂纹阶段和长裂纹阶段产生宏观裂缝，导致疲劳强度降低。最后发生不稳定断裂致使疲劳失效。本发明基于弹塑性断裂力学方法研究短裂纹疲劳寿命相关公式，得到了计算疲劳裂纹萌生尺寸的基本模型。通过引入疲劳裂纹萌生寿命，总疲劳寿命和失效裂纹尺寸的计算方法，进一步改进了疲劳裂纹萌生尺寸的预测模型。预测的裂纹萌生尺寸模型为研究产品的疲劳寿命提供了依据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种估算裂纹萌生尺寸数值的方法，以实现改进疲劳裂纹萌生尺寸的预测模型，且预测的裂纹萌生尺寸模型为研究产品的疲劳寿命提供依据。

为解决上述技术问题，本发明提供一种估算裂纹萌生尺寸数值的方法，所述方法包括：

基于弹塑性断裂力学方法获得短裂纹疲劳寿命的公式，建立疲劳裂纹萌生尺寸的基本模型；

根据疲劳裂纹萌生寿命，总疲劳寿命和失效裂纹尺寸的计算方法，对所述疲劳裂纹萌生尺寸的基本模型进行改进，以得到疲劳裂纹萌生尺寸的预测模型。

可选的，在估算方法中，还包括：

步骤一，研究短裂纹的疲劳扩展，确定剪应变范围的塑性应变分量对裂纹扩展的影响；

步骤二，设置低应变水平下或高应变水平下，试样的总疲劳寿命、疲劳裂纹萌生寿命、疲劳裂纹扩展寿命和疲劳破坏时试样的裂纹长度的条件；

步骤三，根据步骤一的确定影响和步骤二的设置条件建立疲劳裂纹萌生尺寸的基本模型；

步骤四，建立疲劳裂纹萌生寿命模型；

步骤五，建立疲劳失效寿命模型；

步骤六，得到疲劳裂纹萌生尺寸的预测模型。

可选的，在估算方法中，研究短裂纹的疲劳扩展，确定剪应变范围的塑性应变分量对裂纹扩展的影响包括：

计算弹塑性断裂力学疲劳裂纹扩展率：

其中：Δγ_p为剪切应变范围的塑性应变分量，a为裂纹长度；

Δγ_p与总疲劳寿命N_c的关系为：

Δγ_p＝F(N_c) (2)

可选的，在估算方法中，设置低应变水平下或高应变水平下，试样的总疲劳寿命、疲劳裂纹萌生寿命、疲劳裂纹扩展寿命和疲劳破坏时试样的裂纹长度的条件包括：

试样的总疲劳寿命包括裂纹萌生寿命和低应变水平下的裂纹扩展寿命，裂纹萌生寿命大于裂纹扩展寿命；

在高应变水平下裂纹萌生寿命可忽略不计，即疲劳裂纹扩展寿命被认为等于总疲劳寿命；

疲劳破坏时试样的裂纹长度a_c在不同的应变水平下是恒定的；