一种基于单调拉伸参数的金属材料疲劳裂纹扩展模型构建方法技术

本发明专利技术公开了一种基于单调拉伸参数的金属材料疲劳裂纹扩展模型构建方法，包括以下步骤：步骤1：获取基于线性累计损伤的裂纹扩展速率模型；步骤2：将低周疲劳参数用单调拉伸参数进行表征；步骤3：将步骤2得到结果带入步骤1中的基于线性累积损伤的裂纹扩展速率模型即得所需裂纹扩展速率模型；本发明专利技术建立单调拉伸参数与低周疲劳参数之间的关系，以单调拉伸参数对模型加以表征，避免了低周疲劳试验中高昂的试验成本和繁琐的计算过程并且裂纹扩展速率的预测更加准确。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单调拉伸参数的金属材料疲劳裂纹扩展模型构建方法
本专利技术涉及金属材料疲劳裂纹扩展模型构建方法，具体涉及一种基于单调拉伸参数的金属材料疲劳裂纹扩展模型构建方法。
技术介绍
工程中，一般通过裂纹扩展速率试验获得相关试验数据并根据Paris公式拟合，得到裂纹扩展速率和应力强度因子ΔK之间的关系：式中：C和m是与材料相关的常数，可通过试验数据拟合得到，而裂纹长度a和循环次数N分别是裂纹半长及对应的循环次数，可在试验中测得；但该方案需要裂纹扩展速率的测试值，且测得的裂纹扩展速率会因一些客观因素(如测量误差、试验中环境条件的变化等)的影响会出现较大的离散性，进而影响了Paris公式的拟合精度。考虑到Paris公式的不足，国内外学者根据材料特性建立裂纹扩展速率模型，例如基于低周疲劳参数与裂纹扩展速率之间的关系建立相应的模型；虽然近年来国内外学者对低周疲劳参数表征的裂纹扩展速率模型进行裂纹闭合效应等因素的修正；但是由于低周疲劳参数测试的不稳定性，试验中获得的参数值有可能已偏离真实值，导致裂纹扩展速率预测模型与真实值相差甚远；不能满足工程应用的需求，而且低周疲劳参数的确定需要较为繁琐的试验和求解过程，会消耗大量的人力和物力。
技术实现思路
本专利技术提供一种避免了低周疲劳试验中高昂的试验成本和繁琐的计算过程的基于单调拉伸参数的金属材料疲劳裂纹扩展模型构建方法。本专利技术采用的技术方案是：一种基于单调拉伸参数的金属材料疲劳裂纹扩展模型构建方法，包括以下步骤：步骤1：获取基于线性累计损伤的裂纹扩展速率模型：式中：a为裂纹长度，N为循环次数，da/dN为裂纹扩展速率，U为裂纹闭合参数，σyc为循环屈服应力，c为疲劳延性指数，n′为循环应变硬化指数，εf′为疲劳延性指数，E为弹性模量，ΔK为应力强度因子范围，ΔKth为应力强度因子范围门槛值；步骤2：闭合参数U通过应力比R的表征如下：U＝0.4854+0.3536R+0.1686R2(2)步骤3：将低周疲劳参数用单调拉伸参数进行表征，包括以下内容：将循环屈服应力σyc用抗拉极限σb和屈服极限σ0.2进行表征步骤4：将式(2)和式(3)带入式(1)即得所需裂纹扩展速率模型。进一步的，还包括以下步骤：将循环强度系数K′通过强度系数K进行表征：K′＝8K0.719(4)循环应变硬化系数通过进行估算：将式(5)带入步骤4得到的模型即得所需裂纹扩展速率模型。进一步的，还包括以下步骤：疲劳延性指数通过名义断裂真应变εf和抗拉极限σb与屈服极限σ0.2比值进行表征：其中：％RA为断面收缩百分率；将式(6)带入步骤4得到的模型即得所需裂纹扩展速率模型。进一步的，还包括以下步骤：将疲劳延性系数进行表征：将式(7)带入步骤4得到模型即得所需裂纹扩展速率模型；其中：％RA为断面收缩百分率。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术建立单调拉伸参数与低周疲劳参数之间的关系，以单调拉伸参数对模型加以表征，避免了低周疲劳试验中高昂的试验成本和繁琐的计算过程；(2)本专利技术考虑低周疲劳参数的分散性，避免了单次低周疲劳参数的不确定性对裂纹扩展速率的影响，裂纹扩展速率的预测更加准确；(3)本专利技术可适用于由于材质特性无法在短期内完成低周疲劳试验，或因材料较为昂贵而使低周疲劳试验成本高昂的新材料，可满足工程应用的需求。附图说明图1为本专利技术方法与传统方法对Ti-6Al-4V钛合金裂纹扩展速率预测结果对比示意图。图2为本专利技术方法与传统方法对8630钢裂纹扩展速率预测结果对比示意图。图3为本专利技术方法与传统方法对10Ni钢裂纹扩展速率预测结果对比示意图。图4为本专利技术方法与传统方法对SAE1050钢裂纹扩展速率预测结果对比示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。一种基于单调拉伸参数的金属材料疲劳裂纹扩展模型构建方法，包括以下步骤：步骤1：获取基于线性累计损伤的裂纹扩展速率模型：式中：a为裂纹长度，N为循环次数，da/dN为裂纹扩展速率，U为裂纹闭合参数，σyc为循环屈服应力，c为疲劳延性指数，n′为循环应变硬化指数，εf′为疲劳延性指数，E为弹性模量，ΔK为应力强度因子范围，ΔKth为应力强度因子范围门槛值；步骤2：闭合参数U通过应力比R的表征如下：U＝0.4854+0.3536R+0.1686R2(2)步骤2：将低周疲劳参数用单调拉伸参数进行表征包括以下内容：(1)将循环屈服应力σyc用抗拉极限σb和屈服极限σ0.2进行表征：(2)将循环强度系数K′通过强度系数K进行表征：下述关系式通过相关的试验数据拟合，确定两参数的关系：K′＝8K0.719(4)(3)循环应变硬化系数通过进行估算：(4)疲劳延性指数通过名义断裂真应变εf和抗拉极限σb与屈服极限σ0.2比值进行表征：其中：％RA为断面收缩百分率；通常在单调拉伸试验中无法直接获得名义断裂真应变，但其与断面收缩百分率具有良好的对应关系。(5)将疲劳延性系数进行表征：步骤3：将式(2)、(4)、(5)、(6)和(7)均带入式(1)即得所需裂纹扩展速率模型。下面采用本专利建立的模型对几种典型的金属材料的裂纹扩展速率进行预测，同时与传统模型预测的裂纹扩展速率和实验数据进行比较，结果如图1～图4所示。比较图1～图4中包含的实验数据点、本专利技术模型(计算参数拟合曲线)和传统模型预测(原始参数拟合曲线)的裂纹扩展速率曲线；可以看出，对Ti-6Al-4V钛合金、8630钢、10Ni钢、SAE1050钢的裂纹扩展速率预测中，传统模型的裂纹扩展速率的预测已完全偏离实验值；而本专利技术模型能很好的与实验数据吻合；说明传统模型在工程应用中存在缺陷，这些缺陷是由于模型本身参数设定不合理或者参数获取方式的不完善造成的。而本专利技术模型正是针对传统模型存在缺陷，针对低周疲劳参数测定的不确定性，而重新修订得到的；低周疲劳参数测定的不确定性是由于环境温度的变化和测量误差等不可控条件导致的，而本专利技术将低周疲劳参数转换为单调拉伸参数克服了这一问题。本专利技术将单调拉伸参数与低周疲劳参数之间建立关系，以单调拉伸参数对模型进行表征，避免了低周疲劳试验中高昂的试验成本和繁琐的计算过程；在用单调拉伸参数对低周疲劳参数进行表征时，低周疲劳参数的分散性也会被考虑，避免了单次低周疲劳参数的不确定性对裂纹扩展速率的影响，进而预测更为准确的裂纹扩展速率；而且由于一些新材料因为材质特性无法在短期内完成低周疲劳试验或是因材料较为昂贵而使低周疲劳试验成本极度高昂时，单调拉伸参数能够完成对裂纹扩展速率的估算，对工程问题具有重要的理论和实践意义。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单调拉伸参数的金属材料疲劳裂纹扩展模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取基于线性累计损伤的裂纹扩展速率模型：

【技术特征摘要】
1.一种基于单调拉伸参数的金属材料疲劳裂纹扩展模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取基于线性累计损伤的裂纹扩展速率模型：式中：a为裂纹长度，N为循环次数，da/dN为裂纹扩展速率，U为裂纹闭合参数，σyc为循环屈服应力，c为疲劳延性指数，n′为循环应变硬化指数，εf′为疲劳延性指数，E为弹性模量，ΔK为应力强度因子范围，ΔKth为应力强度因子范围门槛值；步骤2：闭合参数U通过应力比R的表征如下：U＝0.4854+0.3536R+0.1686R2(2)步骤3：将低周疲劳参数用单调拉伸参数进行表征，包括以下内容：将循环屈服应力σyc用抗拉极限σb和屈服极限σ0.2进行表征步骤4：将式(2)和式(3)带入式(1)即得所需裂纹扩展速率模型。2.根据权利要求1所述的一种基于单调拉伸参数的金...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴圣川，李存海，康国政，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51