【技术实现步骤摘要】
一种估算裂纹萌生尺寸数值的方法
本专利技术涉及材料力学
,特别涉及一种估算裂纹萌生尺寸数值的方法。
技术介绍
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。本专利技术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。
技术实现思路
本专利技术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,本专利技术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 ...
【技术保护点】
1.一种估算裂纹萌生尺寸数值的方法,其特征在于,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。
【技术特征摘要】
1.一种估算裂纹萌生尺寸数值的方法,其特征在于,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。2.如权利要求1所述的估算裂纹萌生尺寸数值的方法,其特征在于,估算方法还包括: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。3.如权利要求2所述的估算裂纹萌生尺寸数值的方法,其特征在于,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:Δγp为剪切应变范围的塑性应变分量,a为裂纹长度;Δγp与总疲劳寿命Nc的关系为:Δγp=F(Nc)(2)4.如权利要求3所述的估算裂纹萌生尺寸数值的方法,其特征在于,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ac在不同的应变水平下是恒定的;两级加载的每个阶段都被认为是单级加载。因此,试件的疲劳寿命可按线性累积损伤准则计算,加载顺序为低载荷和高载荷,其消耗寿命为加载各阶段的循环寿命。试样的已消耗寿命为xNc1,Nc1为低应变水平Δγp1下试件的总疲劳寿命,(1-x)·Nc1为此时的剩余寿命,低应变水平下试件的萌生寿命为Ni1,设x·Nc1>Ni1,裂纹萌生长度为ai1。循环加载x·Nc1后,负载Δγp2增加,试件的剩余寿命为y·Nc2,Nc2为在Δγp2下的总疲劳寿命。5.如权利要求3所述的估算裂纹萌生尺寸数值的方法,其特征在于,建立疲劳裂纹萌生尺寸的基本模型包括:试件的总疲劳寿命Nc等于疲劳裂纹萌生寿命Ni与裂纹扩展寿命Np之和;Nc=Ni+Np(3)低塑性应变水平△εp1作用下,裂缝已消耗扩展的寿命为:△NP1=x·Nc1-Ni1(4)由公式(1)和(2)推导出:公式(5)只能计算裂纹扩展阶段的N-a关系,不适用于裂纹萌生阶段,将裂纹萌生尺寸和最后破坏时的裂纹尺寸的两个极限之间...
【专利技术属性】
技术研发人员:刘新田,葛海燕,王海杰,
申请(专利权)人:上海工程技术大学,
类型:发明
国别省市:上海,31
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