一种金属材料疲劳裂纹扩展预测方法技术

本发明专利技术属于金属材料损伤容限设计技术，涉及一种金属材料疲劳裂纹扩展预测方法。预测疲劳裂纹扩展的步骤如下：确定裂纹扩展中裂尖附近残余应力应变场分布；计算残余应力强度因子；确定变幅载荷的处理方法；建立疲劳裂纹扩展模型。本发明专利技术提出了一种金属材料疲劳裂纹扩展预测方法，提高了对疲劳裂纹扩展的预测精度，扩大了适用范围，满足了现代飞机结构设计的需要。

A prediction method for fatigue crack propagation of metal materials

The invention belongs to the damage tolerance design technique of metal materials, and relates to a prediction method for fatigue crack propagation of metal materials. The steps of predicting fatigue crack growth are as follows: determine the distribution of residual stress and strain field near crack tip, calculate residual stress intensity factor, determine the method of variable amplitude load, and establish fatigue crack growth model. The invention proposes a prediction method for fatigue crack growth of metallic materials, which improves the prediction accuracy of fatigue crack growth, expands the scope of application, and meets the needs of modern aircraft structural design.

【技术实现步骤摘要】
一种金属材料疲劳裂纹扩展预测方法
本专利技术属于金属材料损伤容限设计技术，涉及一种金属材料疲劳裂纹扩展预测方法。
技术介绍
现代飞机结构采用损伤容限设计保证飞行安全。飞机在实际使用过程中不断承受交变载荷，因此变幅载荷下的疲劳裂纹扩展分析是损伤容限设计的关键。国际上常用的裂纹扩展模型主要分为三类：高载迟滞模型、闭合模型和条带屈服模型。高载迟滞模型以Wheeler模型和Willenborg模型为代表，它们的特点是计算简单，应用方便，但是均未考虑裂纹的闭合效应，预测精度差。闭合模型以PREFFAS模型、ONERA模型和CORPUS模型为代表，闭合模型为了反映闭合效应在裂纹扩展中的影响做了一些假设，但是裂纹尾迹的塑性变形不是通过定量计算得到的，计算精度差。对裂纹扩展机制描述最为详细的条带屈服模型以Newman模型为代表，它在假定裂纹塑性尾迹是一条薄的条带基础上定量地计算了闭合对裂纹扩展的影响，只能预测恒幅载荷下的裂纹扩展，不能预测变幅载荷下的裂纹扩展，实用性窄。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提出一种金属材料疲劳裂纹扩展预测方法，以便提高对疲劳裂纹扩展的预测精度，扩大适用范围，满足现代飞机结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属材料疲劳裂纹扩展预测方法，其特征在于，预测疲劳裂纹扩展的步骤如下：1.1、确定裂纹扩展中裂尖附近残余应力应变场分布：采用有限元分析方法，得到裂纹尖端在循环加载情况下的残余应力场分布；1.2、计算残余应力强度因子：先由有限元分析结果得出裂尖附近残余应力场在小范围内呈大梯度变化，出现波谷与波峰的组合，再用高斯模型+指数衰减模型表征残余应力场，然后采用Wu‑Calsson的二维权函数方法计算残余应力强度因子Kres；1.3、确定变幅载荷的处理方法：1.3.1、确定循环载荷的残余应力影响范围：对载荷谱的各循环载荷进行独立分析，分别计算每个循环载荷产生的残余应力强度因子Kres的沿着裂纹方向的分...

【技术特征摘要】
1.一种金属材料疲劳裂纹扩展预测方法，其特征在于，预测疲劳裂纹扩展的步骤如下：1.1、确定裂纹扩展中裂尖附近残余应力应变场分布：采用有限元分析方法，得到裂纹尖端在循环加载情况下的残余应力场分布；1.2、计算残余应力强度因子：先由有限元分析结果得出裂尖附近残余应力场在小范围内呈大梯度变化，出现波谷与波峰的组合，再用高斯模型+指数衰减模型表征残余应力场，然后采用Wu-Calsson的二维权函数方法计算残余应力强度因子Kres；1.3、确定变幅载荷的处理方法：1.3.1、确定循环载荷的残余应力影响范围：对载荷谱的各循环载荷进行独立分析，分别计算每个循环载荷产生的残余应力强度因子Kres的沿着裂纹方向的分布曲线，该曲线横坐标为裂纹长度，纵坐标为残余应力强度因子，定义曲线中纵坐标不为0的那一段沿横坐标的线段为该循环载荷的残余应力影响范围；1.3.2、残余应力强度因子过滤：将任意一个残余应力强度因子的影响范围与之前所有的循环载荷产生的应力强度因子影响范围进行比较，若该残余应力强度因子的影响范围包含在之前某个循环载荷产生的应力强度因子影响范围之内，则认定该残余应力强度因子属于不予考虑的残余应力强度因子，不考虑该残余应力强度因子对裂纹扩展的影响；据此认定：...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丽娜，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11