复合载荷下脆性材料紧凑拉伸试件疲劳裂纹的预制.PDF

第 15 卷　第 3 期 实　验　力　学 V o l. 15　N o. 3 2000 年 9 月 JOU RNAL O F EXPER IM EN TAL M ECHAN ICS Sep. 2000 　 文章编号:(2000) 复合载荷下脆性材料紧凑拉伸试件 疲劳裂纹的预制 罗辉阳, 孙振华, 吴新如 (清华大学 工程力学系, 北京　100084) 摘要: 本文针对脆性材料的紧凑拉伸(CT ) 试件, 提出了在复合疲劳载荷作用下预 制疲劳裂纹的新方法, 用此方法预制出 7060 6 铝合金的 试件疲劳裂纹并测试其 T CT 断裂韧性. 由于采用了框架结构和螺旋结构在CT 试件的两侧面施加压缩载荷, 在拉伸 疲劳载荷作用下产生与之方向相反的压缩疲劳载荷, 形成复合疲劳载荷, 引起应力强 度因子范围 K 的下降, 导致裂纹扩展速率的降低, 从而控制了疲劳预制裂纹长度. 此 压缩疲劳载荷值用贴电阻片方法和组成全桥原理测定出. 在一定拉伸疲劳载荷和压缩 载荷下, 可成功地预制出所需的疲劳裂纹长度. 关键词: 脆性材料; 疲劳裂纹预制; 复合载荷 中图分类号: O 346. 2　　　文献标识码: A 1　引言 　　对于脆性材料, 预制出十分尖锐平直的裂纹是平面断裂韧性 K I C 准确测试的关键. 一般用 [ 1 ] 疲劳方法预制的裂纹在 K I C 测试中的效果较好 , 但是由于脆性材料的疲劳载荷较难控制, 较 ( 小时裂纹不能引发, 较大时则失稳扩展而迅速断裂, 用常规的方法 如三点弯曲和紧凑拉伸的 ) [ 2 ] 疲劳 预制出疲劳裂纹十分困难, 必须使用新方法来预制疲劳裂纹 . 对于陶瓷、高强铝合金、 硬金属等脆性材料[ 3～ 5 ] , 在远场循环压缩载荷作用下, 裂纹由缺口顶端的拉伸残余应力作用萌 生, 并且扩展到一定长度后停止发展[ 6, 7 ] , 但预制的疲劳裂纹长度不能人为的控制. 在三点弯曲 [ 2 ] 疲劳裂纹过程中在试样的两侧施加一个适当的侧向压力, 构成复合加载 , 可使裂纹尖端应力 强度因子随裂纹长度增加而降低, 但没有涉及到具体的复合加载方法和理论分析. 本文针对脆 性材料 7060 6 铝合金紧凑拉伸试样, 探讨在拉伸疲劳载荷作用下外加某一压缩载荷预制出 T 收稿日期: 修订日期: ( ) 作者简介: 罗辉阳 1973- , 男, 清华大学讲师, 硕士, 现在从事材料的力学行为、改性高分子材料的疲劳和断裂等方面 的研究. © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. ( ) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　实　验　力　学　　　　　　　　　　　 2000 年 第 15 卷　 294 疲劳裂纹的新方法, 并进行K I C 测试. 2　疲劳裂纹扩展理论