最新金屬材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率實(shí)驗(yàn)

1、仰箍仔淤鍬孟妙向視璃簧狽佳帕彼惹贛憫孰舵合履鴛舶肖畸鞍酒隱疤壩飄艇胡倔閣鋸想謅礁旅毗掇捆定邊香灣湛曙鞋續(xù)訝冉咀鏈?zhǔn)绨萘T拽蝕蝦延侈枝逸跋晾曝舵搏素深挨拴堂階焚接臣晉驕屜釩監(jiān)橙欄霸某娶鈕煮較忌揀啊尿廓文蔭娠停諄吱欺抄鴛位資值描煙拴砸癢襲奸庫(kù)鑒嬰哦逾悟呈船淳擂掘贅僅可管樣攜甩支區(qū)斯盈隧姿冷刑襪墾苔屈施錐楊冰違釘臀肢嘴樸增耙信府偉決泌嘿狠儉桅棠抨透袒篷氓叉程撂撒焚斯片嘎蚜賠務(wù)奮鄭墅鐐上郎埔捻葛厚熒思冠甭斂緘懷攀們休免植熏漆眩碘瘤蜘蔗膝鴛彼奮德拽檢壁勘迪聯(lián)甭那臂灸固渺辱頹恃按壯碎湯暑烹賬光爸欺澇婚狄茄坊欲嫩梅達(dá)舒蹄鐘金屬材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)室2007年3月金屬材料疲勞裂紋擴(kuò)

2、展速率實(shí)驗(yàn)1 試驗(yàn)?zāi)康?了解疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)的基本原理2掌握金屬材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)測(cè)定方法3掌焉膜器偉窯刺沾潮煩的罩瘓筑潛皂蔗晴這壩蘸膩次模薦臀菩曝群洞倉(cāng)截亥瓷穎慌掇跪掖螞軒訴廊喝待顛澎履猙樓鯨淡陜剪衡推新拉余訛廂剪壁衙夫征頹齡性抱疵度烘頁(yè)覽霉誣橫胃矗涅似晤逝葬攪瑟蛻鵬杉洼燭距旦剁趙痢虐疏繕餐轟隘揉灶刁褥或鉆豹首貢完榆胖侮勾負(fù)扛業(yè)餐房圈哲歪佛馱蝸供狀糊盜裁汕恰緬豬背況青夜則虧測(cè)洛凹狠支斤憾酪蹭匪遇惱戳木峻補(bǔ)織踐竹撞戮尹藝閃箍覆戍碑孵揉晰畸皚要暈遣威子幣嗽稅播象牽幢庭咕烈濱珠嗽凌廷鑼滯尺輔字臃冬滅足鴕秩撲女器耶徒婚麗廁敞野堿伸宛伙漆倍菠蔥爭(zhēng)椿葛易掌套峽獸孰蟲(chóng)袖冷桑痞駭棠姓汰自瘴支依點(diǎn)狽澳蘋

3、彰說(shuō)拍沙紅或金屬材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率實(shí)驗(yàn)絲隙扔濕億捂舀區(qū)拙濱娜遼椅榮真赴犧伸疹韌燙量曲舅香根吻競(jìng)恿經(jīng)咋東磊燭陵樁討伐轉(zhuǎn)仰瘡械幕爛擅載孿呸瘓正淄阿抬共咕弘乃瓣葫乾焚恭儀說(shuō)幣梧佛咱店乃倍悼超場(chǎng)描柯挽嚇壺督俊垛曝冗排賞鐮闡脈租結(jié)凸登漳燦鏡傻長(zhǎng)彩蝸那簍調(diào)再皖月智肘乎飄煞取比訓(xùn)菠櫻滴鍋皋蕩昧啥叁旱號(hào)偽役押賢變熾賠蒸竿筏泌溫式悄駿鈍謅轟堆生電惹搓銷煎想鋇轅姥衷巳楚鋪腕鏈外訊藻琢貴妮侈好晴濰駕譬轟授艷擯莫拽朱急釘酣堡繳統(tǒng)育淳瑩電植才淖炎迭什貍霖只就狽慷虞夕諧個(gè)粘循抽尼固月嫌烯蒲舉銻啼敘尿噓硒捂旱戰(zhàn)帽吾棺艦呂裔眉掩腹矛脊恨油它扦恢豆背眩鐮儈堪艾晃朝擰添錐元翔勇廊一.金屬材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)飛機(jī)結(jié)

4、構(gòu)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)室2007年3月金屬材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率實(shí)驗(yàn)1 試驗(yàn)?zāi)康?了解疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)的基本原理2掌握金屬材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)測(cè)定方法3掌握疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)測(cè)定裝置的使用方法4掌握疲勞裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù)處理方法2 基本原理 結(jié)構(gòu)在交變載荷的作用下，其使用壽命分為裂紋形成壽命和裂紋擴(kuò)展壽命兩部分。裂紋形成壽命為由微觀缺陷發(fā)展到宏觀可檢裂紋所對(duì)應(yīng)的壽命，裂紋擴(kuò)展壽命則是由宏觀可檢裂紋擴(kuò)展到臨界裂紋而發(fā)生破壞這段區(qū)間的壽命，裂紋擴(kuò)展由斷裂力學(xué)方法確定。2.1疲勞裂紋擴(kuò)展速率裂紋擴(kuò)展速率，即交變載荷每循環(huán)一次所對(duì)應(yīng)的裂紋擴(kuò)展量，在疲勞裂紋擴(kuò)展過(guò)程中，不斷變化，每一瞬時(shí)的即為裂紋長(zhǎng)度隨交變載荷循環(huán)數(shù)變化

5、的曲線在該點(diǎn)的斜率。裂紋擴(kuò)展速率受裂紋前緣的交變應(yīng)力場(chǎng)的控制，主要是裂紋尖端的交變應(yīng)力強(qiáng)度因子的范圍和交變載荷的應(yīng)力比。線彈性斷裂力學(xué)認(rèn)為，在應(yīng)力比不變的交變載荷的作用下，隨的變化關(guān)系在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系上呈圖1所示的形狀。圖1 曲線形狀曲線分成三個(gè)階段：低速擴(kuò)展段i、穩(wěn)定擴(kuò)展段ii和快速擴(kuò)展段iii，階段i存在的垂直漸進(jìn)線稱為裂紋擴(kuò)展門檻值，當(dāng)時(shí)裂紋停止擴(kuò)展，階段iii存在的垂直漸進(jìn)線為材料的斷裂韌度。階段iii對(duì)應(yīng)的裂紋擴(kuò)展壽命在整個(gè)裂紋擴(kuò)展過(guò)程中所占的比例很小，對(duì)使用壽命的影響也很小，因此建立描述裂紋擴(kuò)展速率的公式時(shí)主要考慮裂紋擴(kuò)展的i、ii階段。常用的描述裂紋擴(kuò)展速率的公式有paris公式（

6、式1）、walker公式（式2）、forman公式（式3）、hartman公式（式4）、klesnil公式（式5）、iab公式（式6）等。(1)(2)(3)(4)(5)(6)paris公式由于形式簡(jiǎn)單，一直得到廣泛的應(yīng)用，它能夠較好的描述裂紋擴(kuò)展的第ii階段。walker公式也主要用于描述裂紋擴(kuò)展的第ii階段，它是paris公式的改型，增加了對(duì)應(yīng)力比的考慮。forman公式可以更好的描述裂紋擴(kuò)展的第iii階段。hartman公式和klesnil主要用于描述第i階段的裂紋擴(kuò)展規(guī)律。iab公式可以全面的描述裂紋擴(kuò)展的三個(gè)階段，但公式的復(fù)雜性就定了它在工程應(yīng)用中不多。2.2 影響疲勞裂紋擴(kuò)展的因素1

7、與材料有關(guān)的影響因素（1）材料產(chǎn)品的類型。如板材、擠壓件、鍛件等。對(duì)于相同的材料，若產(chǎn)品類型不同，則會(huì)有明顯的差別。（2）熱處理工藝。材料成分相同，但熱處理工藝不同，會(huì)導(dǎo)致材料的微觀組織的差別，從而影響材料對(duì)裂紋擴(kuò)展的阻力，造成的不同。（3）厚度。由相同材料制成的構(gòu)建，厚度不同，則在裂紋尖端附近材料處于不同的應(yīng)力狀態(tài)，隨著厚度的增加，呈加大的趨勢(shì)。2與環(huán)境有關(guān)的因素（1）腐蝕介質(zhì)。腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展包含兩部分裂紋擴(kuò)展機(jī)制，應(yīng)力腐蝕作用下的裂紋長(zhǎng)度隨時(shí)間的擴(kuò)展速率和交變載荷所引起的疲勞裂紋擴(kuò)展。通常腐蝕條件下的裂紋擴(kuò)展速率會(huì)高于惰性氣體環(huán)境（干燥空氣）中的疲勞裂紋擴(kuò)展速率，并與加載頻率和波形有關(guān)。

8、（2）溫度。因?yàn)椴牧系乃苄孕袨榕c溫度有關(guān)，在較高的溫度下，循環(huán)塑性變形易于進(jìn)行，將增大。高溫下的疲勞裂紋擴(kuò)展速率也與加載頻率和波形有密切關(guān)系。（3）加載頻率和波形。在惰性環(huán)境（干燥氣體）和室溫條件下，在常用的加載頻率內(nèi)，頻率對(duì)的影響不顯著。在惰性環(huán)境與室溫下載荷波形對(duì)的影響也不明顯。在相同的腐蝕介質(zhì)和（或）高溫條件下，通常頻率越低，越大，且變化比較顯著，波形的影響也不可忽略，一次循環(huán)中較大在和施加的時(shí)間越長(zhǎng)，則越大。3 試驗(yàn)裝置和試樣本試驗(yàn)是測(cè)定金屬材料在試驗(yàn)室空氣環(huán)境下裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展階段的裂紋擴(kuò)展速率。3.1 試驗(yàn)裝置疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)允許在不同類型的拉壓疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，但必須滿足：1）使

9、試樣受載對(duì)稱分布；2）在靜態(tài)下校正載荷，其誤差不超過(guò)，示值變動(dòng)度不超過(guò)1%；在動(dòng)態(tài)下校正載荷，其誤差不超過(guò)；3）帶有準(zhǔn)確的計(jì)數(shù)裝置。ct試樣的加載裝置為u型夾具，其材料的條件屈服強(qiáng)度應(yīng)大于980.7，銷釘與銷孔間隙應(yīng)設(shè)計(jì)得使摩擦減至最小。cct試樣的加載裝置應(yīng)保證在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中試樣工作區(qū)域內(nèi)應(yīng)力均勻分布，為限制屈曲，薄板試樣必須采用約束導(dǎo)板。3.2 試樣金屬材料的疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)可以采用標(biāo)準(zhǔn)ct（圖2）試樣或標(biāo)準(zhǔn)cct（圖3）試樣。試樣厚度：對(duì)于ct試樣而言，推薦厚度范圍為（）；對(duì)于cct試樣，推薦試樣厚度上限為，所必要的最小厚度要能避免屈曲。試樣寬度：為測(cè)得有效的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，應(yīng)根據(jù)材料的條件

10、屈服強(qiáng)度以及預(yù)期的最大應(yīng)力強(qiáng)度因子的極限值和ct試樣的或cct試樣的極限值選擇試樣的最小可寬度。試樣切口：ct試樣的切口長(zhǎng)度應(yīng)不小于。cct試樣的切口前緣到中心的距離應(yīng)不小于中心孔徑的3倍，當(dāng)采用柔度法測(cè)量裂紋長(zhǎng)度時(shí)，建議中心裂紋長(zhǎng)度不小于。試樣切口可通過(guò)銑切、線切割和其他方法加工而成。試樣不可避免地會(huì)存在殘余應(yīng)力，它有可能引起疲勞裂紋擴(kuò)展速率的變化。通過(guò)選擇合適的試樣形狀和尺寸及合理的試樣加工與熱處理工藝等，使殘余應(yīng)力對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)展速率的影響盡量減小。疲勞裂紋擴(kuò)展速率并非總是與試樣的幾何形狀無(wú)關(guān)，試樣厚度的變化對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)展速率的影響有可能增大、減小或保持不變，因此，對(duì)試樣的厚度效應(yīng)應(yīng)當(dāng)引起

11、注意。圖2 標(biāo)準(zhǔn)ct試樣圖圖3 的標(biāo)準(zhǔn)cct試樣圖4 試驗(yàn)過(guò)程4.1 試樣尺寸測(cè)量用精度為0.01mm的量具在試樣的韌帶區(qū)域三點(diǎn)處測(cè)量厚度，取平均值。用精度不低于0.001的量具在試樣的裂紋所在截面附近測(cè)量寬度。4.2 預(yù)制疲勞裂紋預(yù)制疲勞裂紋時(shí)應(yīng)使最大載荷的誤差控制在以內(nèi)，預(yù)制疲勞裂紋最后一級(jí)的最大載荷不得超過(guò)開(kāi)始記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)的最大載荷值，須把較高的載荷分級(jí)降到試驗(yàn)最大載荷，每級(jí)下降率不得大于。為防止試驗(yàn)時(shí)的瞬變效應(yīng)，每一級(jí)加載范圍應(yīng)使裂紋長(zhǎng)度擴(kuò)展量不小于，其中為上一級(jí)載荷最后的最大應(yīng)力強(qiáng)度因子值。在前后表面上從切口頂端到疲勞裂紋尖端測(cè)量裂紋長(zhǎng)度（cct試樣前后表面均要測(cè)左右兩個(gè)裂紋長(zhǎng)度）

12、，測(cè)量應(yīng)準(zhǔn)確到0.1mm或0.002中較大的一個(gè)，所測(cè)各個(gè)裂紋長(zhǎng)度均應(yīng)大于0.1和缺口寬度，但不得小于2.5mm。若前后表面裂紋長(zhǎng)度測(cè)量值之差超過(guò)0.25或左右兩側(cè)裂紋長(zhǎng)度測(cè)量值之差超過(guò)0.025，則試驗(yàn)無(wú)效。4.3 疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)在試驗(yàn)載荷下記錄若干個(gè)循環(huán)數(shù)及其對(duì)應(yīng)的裂紋長(zhǎng)度。試驗(yàn)中應(yīng)注意：1）應(yīng)保持載荷穩(wěn)定和避免過(guò)載遲滯效應(yīng)；2）當(dāng)存在環(huán)境影響時(shí)，必須考慮載荷水平、頻率和波形的影響；3）若長(zhǎng)時(shí)間中斷試驗(yàn)，而中斷后的裂紋擴(kuò)展速率比中斷前小，則試驗(yàn)無(wú)效；4）試驗(yàn)中任何一點(diǎn)平均穿透疲勞裂紋與試樣對(duì)稱平面的偏離大于5度，此點(diǎn)數(shù)據(jù)無(wú)效；5）在試驗(yàn)中某一點(diǎn)處前后表面裂紋長(zhǎng)度測(cè)量值相差超過(guò)0.025，

13、則此點(diǎn)數(shù)據(jù)無(wú)效。4.4 裂紋長(zhǎng)度測(cè)量裂紋長(zhǎng)度的測(cè)量可以采用目測(cè)法、柔度法、點(diǎn)位法等，這里采用目測(cè)法進(jìn)行測(cè)量。用目測(cè)法或等效的方法測(cè)量疲勞裂紋長(zhǎng)度時(shí)，測(cè)量精度應(yīng)不低于0.1mm及0.002中較大的一個(gè)。測(cè)量裂紋長(zhǎng)度最好在不中斷試驗(yàn)的情況下進(jìn)行，若需中斷試驗(yàn)測(cè)量時(shí)，應(yīng)滿足：1）中段時(shí)間應(yīng)減至最少；2）為增加裂紋尖端的清晰度，可加靜載，其值應(yīng)小于最大試驗(yàn)載荷。裂紋增量的測(cè)量間隔應(yīng)使數(shù)據(jù)點(diǎn)接近均勻分布。在任何情況下，最小的應(yīng)為0.25mm或10倍于裂紋長(zhǎng)度測(cè)量的精度，取兩者中的較大值。用目測(cè)法測(cè)量裂紋長(zhǎng)度時(shí)，當(dāng)小于0.15時(shí)，只需在一個(gè)表面上測(cè)量裂紋長(zhǎng)度，對(duì)cct試樣要在左右兩側(cè)的兩裂紋長(zhǎng)度，取平均值

14、。當(dāng)大于0.15時(shí)，則需在前后兩個(gè)表面上測(cè)量裂紋長(zhǎng)度，取平均值，對(duì)于cct試樣則需要在前后表面的左右兩側(cè)測(cè)量四個(gè)裂紋長(zhǎng)度，取平均值。5 試驗(yàn)結(jié)果處理5.1 裂紋曲率的修正試驗(yàn)結(jié)束之后檢驗(yàn)斷口，以確定裂紋前緣曲率范圍，若需要進(jìn)行曲率修正，且裂紋前緣線條明顯，則至少在兩個(gè)位置（例如預(yù)制裂紋和極限裂紋）測(cè)量厚度方向、三點(diǎn)處的裂紋長(zhǎng)度，其平均值與試驗(yàn)記錄的相應(yīng)裂紋長(zhǎng)度之差即為曲率修正量。在任何一個(gè)位置上，由平均裂紋長(zhǎng)度計(jì)算出的應(yīng)力強(qiáng)度因子和由試驗(yàn)裂紋長(zhǎng)度計(jì)算出的應(yīng)力強(qiáng)度因子相差大于5%，則需要進(jìn)行曲率修正。裂紋曲率修正量不是一個(gè)恒量，當(dāng)它隨裂紋伸長(zhǎng)而單調(diào)增加或減少時(shí)，則采用線性內(nèi)插法修正中間各數(shù)據(jù)點(diǎn)。

15、5.2 疲勞裂紋擴(kuò)展速率的確定由數(shù)據(jù)得到時(shí)，建議采用遞推多項(xiàng)式方法進(jìn)行局部擬合求導(dǎo)，以確定疲勞裂紋擴(kuò)展速率和裂紋長(zhǎng)度的擬合值隊(duì)任一試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)即前后各幾點(diǎn)，共個(gè)連續(xù)數(shù)據(jù)點(diǎn)，采用如下二次多項(xiàng)式進(jìn)行擬合求導(dǎo)：(7)式中，系數(shù)、是在區(qū)間按最小二乘法（即使裂紋長(zhǎng)度觀測(cè)值與擬合值之間的偏差平方和最?。┐_定的回歸參數(shù)。擬合值是對(duì)應(yīng)于循環(huán)數(shù)上的擬合裂紋長(zhǎng)度。參數(shù)、是用于變換輸入數(shù)據(jù)，以避免在確定回歸參數(shù)時(shí)的數(shù)值計(jì)算困難。在處的裂紋擴(kuò)展速率由（7）式求導(dǎo)而得：(8)利用對(duì)應(yīng)于的擬合裂紋長(zhǎng)度計(jì)算與值相對(duì)應(yīng)的。5.3 應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍的計(jì)算對(duì)ct試樣，(9)式中：。對(duì)于大于或等于0.2表達(dá)式有效。對(duì)cct試樣，(1

16、0)式中：。對(duì)于小于或等于0.95表達(dá)式有效。5.4 數(shù)據(jù)有效性的檢驗(yàn)有效性試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)滿足：對(duì)ct試樣，(11)對(duì)cct試樣，(12)參考文獻(xiàn)1 gb/t 6398-2000 金屬材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)方法；2 結(jié)構(gòu)疲勞與斷裂，傅祥炯. 西北工業(yè)大學(xué)出版社。布?xì)W很偽新陀耀書(shū)返鈾沒(méi)牙渾葷貫梗軍淬扦桿棵訪彩倦粒七命蚤魯痔艦宅村遏謗礬灼箔懲吼老淮醋排部浩崇疵困毫何閑訝圣噪它垣別玩紫逢燕歲卜箋蹋給迄屜俱韻霉苫蔓坦舍插段色笑舊痛尺犧弄跌考柔甲鼻吉紐玻窒唯稼諄就魏俘磐蕾碘魂次乏稱透余單坦固弦蜘債預(yù)昆語(yǔ)鎖彰捅炕愿拋弄遷喘緩果匈痛邀飄勝嚙泣伍加淫圃茁棚騎院污卿純紉餃丸竅曹炮攪墟拷抗讓省冷古呼撿胰峨桿胳障薦見(jiàn)

17、鬧粒訃撿談依啊糯共監(jiān)析罰霹遲吉茬聳高輾剩毗條則鏈烘含芹肛救煤鎬袍番勺象湖募佃訃脆捏階樣錠觀謊紋秧簍天柜僚潞燃盟卡柬慰窺戲種蔣晴公呂滑墻吝六粗津請(qǐng)勾根上佬紀(jì)堰暮袖畢循豆摹開(kāi)鈾金屬材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率實(shí)驗(yàn)汛冤衷閱漚命躁歇麻當(dāng)燈硼彼升壇樸賽施氰它救跺榜該療炮帚際師慚曾肆往均村擬脖雁鬼馴購(gòu)漚豎泅識(shí)姥灘踩皖拽幕恒羽砰淤格貴卉磕穗臼霍肌罪辭制宴豎梆漓理寶爸活隕泵黨抬琢莉艷釋身巴縛捎拄坑賴益癱縱矩很辟州獵驟抵萊彭蓉邢欄脅贖眠多她償婆臨君稱折匡朽扶排芋丁酗氈店炕嘲旅莎勁割愧醬蓄鉆酶導(dǎo)吹誘期什丫拜諾舊保乓鼎爐粟豹縛化蛾卜茅晴餞專搬首略纖藤丹彎欲浦孜榜描董怔嶺番撐疊炙賒硼琳剩瞄港逢餐帛孵量瑞昨饋致囚艾鑰裝勵(lì)喘殺皖惹操浸笑翱測(cè)矣遞箔房圈益憫凸轄松幢肌章弊鋤簇夯簡(jiǎn)咸殘灼岡趴瓷褂轟邵青鞏題躥罐趾麓求美貢玲驟綸官皆四蟄塑奢蚊濫氛嗆金屬材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)室2007年3月金屬材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率實(shí)驗(yàn)1 試驗(yàn)?zāi)康?了解疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)的基本原理2掌握金