EH40鋼疲勞裂紋擴(kuò)展速率與裂紋尖端張開位移關(guān)系的試驗(yàn)研究

EH40鋼疲勞裂紋擴(kuò)展速率與裂紋尖端張開位移關(guān)系的試驗(yàn)研究摘要：對EH40鋼進(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)展速率測試試驗(yàn)，測定一系列裂紋尺寸ai及所對應(yīng)的疲勞荷載次數(shù)Ni和裂紋嘴張開位移(CMOD)。通過a-N曲線，運(yùn)用ORIGIN軟件的微分功能得到試樣的裂紋擴(kuò)展速率。通過CMOD與的值δ。通過數(shù)據(jù)分析，表明裂紋擴(kuò)展速率與裂紋尺寸存在指數(shù)關(guān)系，并與δ存在線性相關(guān)。在此基礎(chǔ)上，提出新的裂紋擴(kuò)展速率公式，避免了Paris公式的局限性。在材料的生產(chǎn)和建造過程中，由于加工、制造、裝配以及使用等諸多原因使材料中存在著夾雜、裂紋等缺陷，這些缺陷在疲勞荷載的作用下會(huì)形成裂紋，裂紋長度由初始尺寸擴(kuò)展到臨界尺寸，最終導(dǎo)致材料的斷裂。傳統(tǒng)的靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)理論假設(shè)材料是均勻連續(xù)無缺陷的，以此來對零構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)。在歷史上，已發(fā)生許多結(jié)構(gòu)在低于許用應(yīng)力的情況下突然斷裂的事故。例如20世紀(jì)50年代，美國北極星導(dǎo)彈固體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)殼體在試驗(yàn)時(shí)發(fā)生爆炸，但是其制造材料的各種傳統(tǒng)性能都滿足要求。事后研究其原因此，研究疲勞裂紋擴(kuò)展的規(guī)律有著重大的意義[1]。疲勞裂紋擴(kuò)展速率是在斷裂力學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，幅值(ΔΚ)為控制參量。但是，應(yīng)力強(qiáng)度因子的提出是在彈性力學(xué)的基礎(chǔ)上，只能表示材料在線彈性階段的抗開裂能力。而裂紋的擴(kuò)展過程包括線OpeningDisplacement)的概念，CTOD指的是裂紋尖端處受張開型荷載后兩表面所張開的相對距離，其值用δ表示。它也是一個(gè)表示材料抗開裂能規(guī)律，有其積極意義[1]?？梢缘?。基于以上考慮，本文通過試驗(yàn)，探究了CTOD與疲勞裂紋擴(kuò)展速通過疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)做出a-N曲線圖，然后利用該曲線求出由于CTOD值δ不便于直接測量，故轉(zhuǎn)化為測量CMOD(CrackMouthOpeningDisplacement)值δ′,CTOD與CMOD之間的關(guān)系如圖1、圖2所通過測量一系列裂紋長度對應(yīng)的δ′值，可以求出其對應(yīng)的δ值。最2試驗(yàn)過程2.1試驗(yàn)材料及性能進(jìn)行，采用高強(qiáng)鋼EH40三點(diǎn)彎曲試樣。取樣方向?yàn)門—L(T為鋼板寬度方表13個(gè)試樣的尺寸及主要力學(xué)性能彈性模量E/MPa泊松比μ屈服強(qiáng)度σy/MPa抗拉強(qiáng)度σb/MPaB/mmW/mmS/mm2．1×105034745533468272加工完成后試樣如圖3所示。2.2預(yù)制疲勞裂紋疲勞裂紋是能在實(shí)驗(yàn)室制造的“最尖銳”的裂紋，能模擬自然形成的裂紋。本次試驗(yàn)預(yù)制疲勞裂紋采用等幅循環(huán)荷載。根據(jù)規(guī)范[4]，材料的疲勞極