弹塑性材料小裂纹扩展行为计算方法的研究与应用.pdfVIP

第43卷第12期 机 械 工 程 学 报 V01．43 No．12 2007年 12月 CHINESE JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING Dec ． 200 7 弹塑性材料小裂纹扩展行为 计算方法的研究与应用 虞岩贵 徐 枫2 (1．浙江广信机电化工新技术应用研究院 杭州 310012； 2．浙江商业职业技术学院信息技术系 杭州 3 100531 摘要：基于裂纹尺寸a像D那样也可以作为损伤变量的观点，借助于双向组合坐标系，就弹塑性材料的小裂纹扩 展速率和寿命提出三种计算方法：单参数法、比值法和乘积法。同时还给出许多新计算方程，提供一个同各个常 用材料参数有着函数关系的综合性材料常数 、 、 和 的新概念。这些常用参数有：疲劳强度系数 、 疲劳强度指数b 、疲劳延性系数 、疲劳延性指数C 、平均应力、平均应变和临界加载时间等。应用汽车的一 个零件进行实例计算，并对计算结果进行比较分析，这些计算方法对避免过多的疲劳试验，节省疲劳试验的时间、 人力、资金及方便工程应用在某种程度上将有着实际意义。 关键词：小裂纹 单参数 比值 乘积 损伤 中图分类号：346．5 伤参量D(或a、 等)，试图避免过多的疲劳试验， 0 前言 预计对节省试验人力、时间和资金有着实际意义。 到目前为止，众多的科学家就结构和材料的疲 1 弹塑性材料损伤演变行为计算方程 劳损伤提出了各种各样的计算表达式，其中有 的研究和分析 Dowlmg方程式、Landgraf方程式和能量方程式等 1．1 单参数法(△ 或△ )计算 等。这些方程的特点是它们都使用疲劳强度系数 为了用曲线来说明被各种方法提出的新损伤 rf、疲劳强度指数b 、疲劳延性系数占rf、疲劳延 演变速率及寿命表达式，这里给出了双向双对数坐 性指数C 、循环强度系数 和应变硬化指数n 这 标系和双向曲线。在图1中沿着纵坐标轴向上的方 样6个常用的材料常数，而且这些常数在各个工程 向表示损伤演变速率 dD／aNt21或微裂纹扩展速率 领域中都已经被广泛地接受和应用。但是在这些方 daMN，纵坐标轴向下方向表示各个历程的寿命Ⅳ0 。 程中却不包含有关显示结构疲劳损伤具体的物理参 横坐标轴D-和D1 之间的距离O01表示材料从无 数(例如损伤变量D、微裂纹尺寸a0、位错胞尺寸 )。 裂纹到微裂纹萌生的过程；横坐标轴D1 u和 D2m之 另一方面，还有许多科学工作者在现代疲劳损伤学 间的距离 D1D2表示微裂纹扩展至宏观裂纹形成对 科中提出了与损伤参量D有关的损伤演变速率方程 应于寿命 一 的过程 。在正向坐标系 式。例如李长春ll】曾提出了与位错胞尺寸有关的损 aO／aN(da／aN)一AH／2中，曲线 l(ABA1)和 2(A3B1A2) 伤速率方程，MURAKAMI也提出过与小裂纹尺寸 表示弹塑性材料( )在高周循环加载下的变化 a相对应的小裂纹萌生和传播问题的方程式。但是 规律，描述材料的损伤行为用如下的方程表达I孓 这些新方程中都含