用现有疲劳试验数据确定疲劳裂纹扩展率收录：《中国造船》 - 2003年,03期作者：周驰关键词：船舶疲劳寿命的预报在船舶与海洋工程领域中相当重要,但其关键问题是要找到一种较科学的疲劳寿命预报方法.最近,本文第二作者提出了一种海洋结构物疲劳寿命预报的统一方法.该方法是基于疲劳裂纹扩展理论而发展起来的,在其九个参数模型的假设之下,能够较好地解释一些其它方法所不能解释的现象.采用该方法的主要障碍在于需要确定疲劳裂纹扩展率.作者通过对不同的疲劳裂纹扩展率的比较研究,并推广McFvily模型后,提出了一个具有较宽适用范围的九个参数疲劳裂纹扩展率模型(从门槛域一直到不稳定断裂域).本文的主要目的是解决如何根据一些现有的疲劳试验数据来确定这九个模型参数的问题.文中给出了通过实验数据确定裂纹扩展率模型中各个参数的方法,并进行了模型参数的灵敏度分析.通过对文献中一些试验数据的收集,给出了几种常用金属材料的裂纹扩展率模型参数.Determination of Fatigue Crack Growth Rate Using Existing Data 正在加载...确定疲劳裂纹扩展理论门槛值的方法Methods of Determination of Fatigue Crack Growth Theoretical Threshold疲劳裂纹扩展<![CDATA[归纳介绍了确定<a href="../../?Keyword=_14277"><STRONG>疲劳裂纹扩展</STRONG></A>理论门槛值ΔKthT的方法,特别对利用<Ahref="../../?Keyword=_14277"><STRONG>疲劳裂纹扩展</STRONG></A>速率表达式、根据da/dN～ΔK试验数据外推确定ΔKthT的三种方法作了较为详细的介绍,并用四套试验数据进行评估,结果显示,如果所采用的表达式能够正确反映近门槛值区域的<Ahref="../../?Keyword=_14277"><STRONG>疲劳裂纹扩展</STRONG></A>规律,且参与外推的试验数据中又包含了足够多的近门槛值区域的数据点,这类方法获得的结果是基本一致的.]]><![CDATA[[1]Lui H W.Discussion in Respect to:The Fracture Mechanics Approach to fatigue of P C Paris,in Fatigue--An Interdisciplinary Approach[M].Edited by Burke J J.Syracuse UniversityPress,Syracuse,NY,1964:127～132[10]凌超,郑修麟.一种估算疲劳裂纹门槛值ΔKth的新方法[A].见:中国金属学会第三次全国疲劳学术会议论文集[C].天津:1989.15-1～15-13[11]Miller M S and Gallagher J P.An Analysis of Several Fatigue Crack Growth Rate Descriptions,in Fatigue Crack Growth Measurement and Data Analysis[S].ASTM STP738,1981:340～356[12]王永廉,吴永端.一个适用性广泛的疲劳裂纹扩展速率表达式[J].航空学报,1987,8(4):191～197[13]周克印.激光辐照工艺参数对提高30CrMnSiA钢的门槛值和剩余寿命的影响[J].南京航空学院学报,1993,25(4):479～485[14]张明.疲劳裂纹扩展门槛值试验方法的探讨[J].南京航空学院学报,1992,24(5):608～615[15]周克印.TC4钛板扩散连接后的疲劳断裂特性[J].机械强度,1998,20(2):112～115[16]邓乃扬.无约束最优化计算方法[M].北京:科学出版社,1982.259～280 [2]ASTM Committee E-24.Proposed ASTM Test Method for Measurement of Fatigue Crack Growth Rates,in Fatigue Crack Growth Measurement and Data Analysis[S],ASTM STP738,1981:340～356[3]中国国家标准局.金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法[S].中华人民共和国标准,GB 6398-86.北京:中国标准出版社,1986.1～27[4]Marci G.Fatigue Crack Propagation Threshold:What Is It and How Is It Measured[J].J of Testing and Evaluation ,1998,26(3):220～233[5]徐人平,段小建.理论门槛值的研究[J].强度与环境,1995,(4):12～16[6]王永廉.一种计算疲劳裂纹扩展门槛值的新方法[J].机械强度,1999,21(2):122～125[7]David Taylor.FatigueThresholds[M].London:Butterworth-Heinemann,1989.45～69[8]David Taylor.FatigueThresholds[M].London:Butterworth-Heinemann,1989.10～16[9]曾春华.疲劳裂纹扩展门槛值的研究进展[J].力学进展,1986,16(2):265～276]]>魏学军授予学位单位：中国科学院金属腐蚀与防护研究所授予时间：1997年7月二级学科名称：材料学指导教师：柯伟博士论文题目：腐蚀疲劳裂尖形变与载荷间交互作用研究摘要力学与环境因素共同作用所导致的材料腐蚀疲劳断裂是一种危害性极大的失效形式。
这一失效过程主要由材料局部形变、局部腐蚀行为及它们之间的交互作用所控制。
随机载荷腐蚀疲劳时，还必须考虑不同腐蚀条件下的变幅载荷间的损伤交互作用问题。
在该领域研究中，最主要的基本问题之一就是腐蚀环境中裂纹尖端材料的损伤过程到底是如何进行的。
这一问题不仅是解决环境敏感断裂寿命预测的物理基础, 也是机理研究与工程应用之间的桥梁。
然而，目前在国际上这一问题还没有很好解决，其主要原因在于缺少对腐蚀介质中裂尖形变行为的原位研究方法, 而传统的、常规的力学与断裂力学对裂尖形变的分析在腐蚀条件下通常是不适用的。
本文主要围绕两个方面开展工作：一是针对腐蚀疲劳裂尖局部力学－化学状态及其交互作用这一关键问题，首先建立了激光散斑微区形变测量技术，并用它原位研究了不同腐蚀条件对裂尖形变行为的影响，给出了腐蚀条件下的裂纹尖端微区损伤规律的系统研究结果；其二是从裂尖微区损伤出发，系统研究了变幅腐蚀疲劳过程中不同幅度载荷对损伤作用的规律，并在原位实验的基础上，对研究结果给出了全新的解释。
这些结果对腐蚀疲劳机制研究与寿命分析预测均具有重要理论和实际意义。
文中的主要内容和研究结果如下：建立了计算机控制的激光散斑干涉微区应变测量系统，采用快速付立叶变换及空域滤波技术消除了微区分析图象处理过程中的误差，发展了散斑干涉技术测量裂纹张开位移和裂纹闭合的新方法。
实现了散斑技术在介质中材料表面有溶解发生的条件下和高局部塑性变形条件下的位移场与形变场的原位测定。
通过上述方法，进行了下面两项工作：原位测量了常幅疲劳裂纹扩展过程中一个循环周期内裂尖形变的规律；研究了氢脆和阳极溶解条件下金属铜和A537钢的腐蚀疲劳裂尖的形变规律，并同时测量沿裂纹的张开位移分布与裂尖塑性区尺寸分布，比较了这两种腐蚀因素对裂尖内部形变与表面形变影响的差别。
这些工作结果表明，由于裂纹闭合和残余压应力的存在，疲劳裂纹尖端塑性区的尺寸与外加载荷的平方并不成正比。
裂尖形变主要发生在裂纹张开以后。
裂尖材料的应力-应变关系类似于光滑试样低周拉压疲劳应力-应变滞后关系, 但在施加应力初期，外应力不造成裂尖材料的损伤。
阳极溶解能促进金属表面形变，但对金属材料裂尖塑性区内形变没有直接影响。
阴极充氢可以导致快速加载条件下的塑性区尺寸下降，而且对塑性区内部和表面的影响是一致的。
分析表明，疲劳载荷下氢与快速运动的位错之间的作用使得腐蚀疲劳裂尖塑性区减小，出现与静载下塑性区增加相反的结果。
研究了不同腐蚀条件下载荷间的相互作用。
首先，建立了裂纹长度的弱电信号测量系统及恒D K自动控制实验技术，将国内外的电位降法测裂纹长度过程中常用的外加电流从10A量级降低到0.1A，大大减小了外加电流对腐蚀过程的影响。
采用上述恒D K和恒载荷控制两种不同的试验手段，研究了以不同方式叠加在主载荷D P上的小幅载荷在疲劳裂纹扩展过程中的作用规律，以及腐蚀因素对它的影响。
由于裂纹闭合的作用，叠加在主载荷底部的小幅载荷对裂纹扩展的加速作用小于叠加在顶部的相同幅度的小载荷。
空气中如果小幅载荷在裂尖的塑性应变幅接近于零，其对裂纹扩展就不产生任何影响，裂尖局部的塑性应变的大小是载荷损伤的量度，是无腐蚀条件下寿命预测过程中小载荷取舍的一个可靠的判据。
阳极溶解与氢脆总是增加底部小幅载荷的作用，而对顶部小载荷作用的影响比较复杂。
一般情况下，当小载荷的幅度较小时，腐蚀条件下的小载荷对裂纹扩展的加速作用大于空气中的结果；当小载荷的幅度较大时，结果正好相反。
结合裂尖形变规律和阳极溶解、氢脆机制，讨论了腐蚀疲劳小幅载荷损伤机理。
研究了恒D K条件下单次拉伸超载阻滞效应及超载前后裂尖形变和裂纹闭合的变化规律，详细讨论了超载比及阳极溶解、氢脆对超载阻滞效应的影响。
A537钢超载效应由塑性诱发裂纹闭合、残余压应力和裂尖钝化等因素共同控制，在同一试验中不同的裂纹扩展阶段它们所起的作用不同，有的还可以相互转化。
空气中与阳极极化条件下，超载对裂纹扩展存在“延迟阻滞效应”，超载后裂纹扩展过程由超载扩展、减速扩展与恢复三阶段组成。
而阳极溶解条件下，由于裂尖严重钝化，超载对裂纹扩展存在“立即阻滞效应”。
阳极溶解与氢脆等腐蚀因素都降低了塑性诱发裂纹闭合效应，加速裂尖形变硬化的缓解，降低裂纹扩展阻滞幅度。
单次拉伸超载裂纹扩展的阻滞效应是超载与常幅载荷之间作用的结果，而间歇超载除了超载与常幅载荷相互作用以外，还要考虑超载之间的相互作用，它是一个最简单的变幅载荷谱。