[发明专利]一种编制断裂加速试验载荷谱的方法

摘要

一种编制断裂加速试验载荷谱的方法，该方法有三大步骤：步骤一、疲劳载荷循环的判别；步骤二、低载截除；步骤三、归并二级波，直至无法再次合并。本发明简单实用、操作方便、损伤等效精度高、时间压缩效果显著。本发明在测试技术领域里具有较好的实用价值和广阔地应用前景。

主权项

一种编制断裂加速试验载荷谱的方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一、疲劳载荷循环的判别从工程观点出发，通常取(dadN)_f＝10^‑6mm/cycle和(dadN)_T＝10^‑4mm/cycle对应的疲劳应力循环的水平分别作为三级波和主波的判别门槛值，即裂纹扩展速率小于(dadN)_f所对应的应力循环可判别为三级波，而裂纹扩展速率大于(dadN)_T的应力循环则判别为主波；疲劳裂纹扩展速率Walker公式为dadN＝C(△K)^m1(1‑R)^m2 (1)不考虑裂纹尖端塑性区修正的△K公式写为△K＝2S_aY(a) (2)公式(2)代入公式(1)，得出不考虑裂纹尖端塑性区修正的疲劳裂纹扩展速率Walker公式：$\frac{\mathrm{da}}{\mathrm{dN}}=2^{m_1+m_2}C\·s_a^{m_1+m_2}{(s_m+s_a)}^{{-m}_2}{\left[Y\left(a\right)\right]}^{m_1}---\left(3\right)$于是，疲劳载荷循环判别准则变为$\frac{s_a^{m_1+m_2}}{{(s_m+s_a)}^{m_2}}\≤\frac{{(\mathrm{da}/\mathrm{dN})}_f}{2^{m_1+m_2}{C{\left[Y\left(a_0\right)\right]}^{m_1}}^{}}---\left(4\right)$$\frac{s_a^{m_1+m_2}}{{(s_m+s_a)}^{m_2}}\≥\frac{{(\mathrm{da}/\mathrm{dN})}_T}{2^{m_1+m_2}{C{\left[Y\left(a_0\right)\right]}^{m_1}}^{}}---\left(5\right)$式中符号说明如下：△K为应力强度因子，R为应力比，s_a为应力幅值，s_m为应力均值，Y(a)为应力强度因子函数，C、m₁、m₂均为待定常数；当应力循环满足式(4)时，则判别为不考虑裂纹尖端塑性区修正的三级波；而当应力循环满足式(5)时，则判别为不考虑裂纹尖端塑性区修正的主波；当式(4)和式(5)都不满足时，应力循环判别为不考虑裂纹尖端塑性区修正的二级波；步骤二、低载截除保留主波应力循环不变，并截除三级波应力循环；步骤三、归并二级波，直至无法再次合并；对式(3)分离变量并积分，得到广义断裂S‑N曲面：$N=\frac{{(s_m+s_a)}^{m_2}}{2^{m_1+m_2}{\mathrm{Cs}}_a^{m_1+m_2}}{\∫}_{a_0}^{a_c}{\left[Y\left(a\right)\right]}^{{-m}_1}\mathrm{da}---\left(6\right)$式中，α(a)为疲劳裂纹几何修正系数；a_c为临界裂纹长度，由式(7)确定；$a_c\·\mathrm{\α}\left(a_{\mathrm{cr}}\right)=\frac{K_C}{(s_m+s_a)\sqrt{\mathrm{\π}}}---\left(7\right)$令$Q=\frac{{\∫}_{a_0}^{a_c}{a}^{-\frac{m_1}{2}}{\left[\mathrm{\α}\left(a\right)\right]}^{{-m}_1}\mathrm{da}}{2^{m_1+m_2}{\mathrm{\π}}^{\frac{m_1}{2}}C}---\left(8\right)$则式(6)变为$N=Q\frac{{(s_m+s_a)}^{m_2}}{s_a^{m_1+m_2}}---\left(9\right)$根据Miner线性累积损伤理论作为损伤当量折算的基础，一个应力循环(s_a,s_m)造成的损伤写成$D(s_a,s_m)=\frac{1}{N(s_a,s_m)}---\left(10\right)$式中，N(s_a,s_m)由式(9)确定，为了将两个相邻的连续应力循环(s_a1,s_m1)和(s_a2,s_m2)归并为新二级波，根据损伤当量原则，由式(10)和式(9)建立疲劳裂纹形成的损伤当量折算公式：$\frac{{\left(s_a\right)}_{\mathrm{eq}}^{m_1+m_2}}{{[{\left(s_m\right)}_{\mathrm{eq}}+{\left(s_a\right)}_{\mathrm{eq}}]}^{m_2}}\frac{s_{a_1}^{m_1+m_2}}{{(s_{m1}+s_{a1})}^{m_2}}+\frac{s_{a2}^{m_1+m_2}}{{(s_{m2}+s_{a2})}^{m_2}}---\left(11\right)$令(s_min)_eq＝s_min2＝s_m2‑s_a2，则由式(11)分别得到归并后新二级波的应力幅值和均值分别为：${\left(s_a\right)}_{\mathrm{eq}}={\left[H{(s_{m2}+s_{a2})}^{m_2}\right]}^{\frac{1}{m_1+m_2}}---\left(12\right)$${\left(s_m\right)}_{\mathrm{eq}}=s_{m2}-s_{a2}{\left[H{(s_{m2}+s_{a2})}^{m_2}\right]}^{\frac{1}{m_1+m_2}}---\left(13\right)$式中符号说明如下：N为疲劳寿命，K_C为材料的平面应力断裂韧性，D为当量损伤。