第九章裂纹闭合理论及高载迟滞效应.pdf

_____________________________疲劳断裂讲义____________________________ 第九章 裂纹闭合理论与高载迟滞效应 线弹性断裂力学用应力强度因子K描述裂纹尖端场。裂尖附近的弹性应力正比 于K/(r)1/2, 当到裂纹尖端的距离 r→0时，无论应力强度因子 K多大，裂纹尖端的 应力都趋于无穷大。那么，为什么会有疲劳裂纹扩展的门槛值 ΔKth存在？由前一 章的讨论，我们已经知道，描述疲劳裂纹扩展的主要控制参量为ΔK，但不同应力比 R下的da/dN-ΔK曲线是不同的；如何解释应力比 R对疲劳裂纹扩展速率的影响？是 否有比ΔK更本质的疲劳裂纹扩展控制参量？施加变幅载荷时，从高载荷到低载荷或 从低载荷到高载荷变化，对于疲劳裂纹扩展的影响如何？如何解释、预测载荷作用 次序对da/dN的影响？ 本章所要讨论的裂纹闭合理论和高载迟滞效应，就是希望能有助于进一步认识 上述问题。 9.1 循环载荷下裂尖的弹塑性响应 在讨论裂纹闭合理论前，需要对循环载荷作用下裂纹尖端场的弹塑性应力应变 响应进行分析。为此，先对循环载荷下材料的弹塑性应力应变响应作一简单讨论。 1.循环载荷下材料的反向屈服 若对试件施加拉伸载荷，σ∼ε 曲线一般有线弹性关系。材料在σ σ 时进入屈 ys 服。在屈服后的某一点开始卸载并反向加载（压缩），σ∼ε 曲线将沿与加载时的弹 性线平行的路径返回，直到材料又 σ σ 一次发生屈服。如果将第一次屈服 σ ys A’ σ A 作为正向屈服，则这种又一次屈服 ys 0 ，称为反向屈服。在反向屈服后的 ε 0 ε 2 σ 2 σ ys ys 某一点再开始加载（拉伸），σ∼ε σ ys 曲线仍沿同样斜率的弹性线上升， 理想弹塑性材料 硬化材料 直到材料再次进入屈服。图9.1示 图9.1 循环加载与反向屈服 出了理想弹塑性材料和幂硬化材料在 173 _____________________________疲劳断裂讲义____________________________ 加、卸载过程中的σ∼ε响应。 值得注意的是：若材料的屈服应力为σ ，则无论理想弹塑性材料或幂硬化材 ys 料，由载荷反向而引起反向屈服的应力增量均为2σ ，如图9.1所示。 ys 因此，可以认为材料反向加载至屈服，会形成反向塑性流动；且发生反向屈服