介紹力學(xué)大會2015集ms1742

王俊東，何許，姚堯*（西北工業(yè)大學(xué)力學(xué)與土木建筑學(xué)院，西安710072，Email現(xiàn)廣變變論疲裂擴(kuò)理紋擴(kuò)論發(fā)過慮錯留滑移帶PSB積理勞紋勞紋勞紋鋼行所論論的和較引金屬材料的疲勞問題主要包括疲勞裂紋的萌生以及擴(kuò)展兩個過程。疲勞裂紋萌生的預(yù)測模型目前主要由基于大量實驗的唯象法和基于材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)來預(yù)測萌生壽命的理論方法1]。而前者需要依靠大量的實驗數(shù)據(jù)，并且沒有從本質(zhì)上闡明裂紋萌生的細(xì)觀結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理。而大量的實驗和研究表明，裂紋萌生通常發(fā)生在駐留滑移帶（SB）上，并且在晶粒尺度范圍夾雜等因素都會影響疲勞裂紋[]。改進(jìn)裂紋萌生在孔洞或夾雜情況下的理論模型[4-6]。1999年，F(xiàn)ineet但是Yo的模型中假定了裂紋初始萌生半徑為250nm紋萌生的臨界尺寸與觀測手段和裂紋萌生的定義有關(guān)顯然對于同一種材料的不同加載條件或者不同材料而紋細(xì)觀結(jié)構(gòu)出發(fā)過考慮裂紋萌生的本質(zhì)慮位錯偶極子在PS上不斷累引起微裂紋傳統(tǒng)的相變理論中引入單位循環(huán)內(nèi)累積的位錯紋半徑的關(guān)進(jìn)現(xiàn)裂紋萌生預(yù)測實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對擬結(jié)果比原有模型更加接近實驗

其中f表示有效因數(shù)（由疲勞引起的有效缺陷）；t表示裂紋萌生時，缺陷完全轉(zhuǎn)化為裂紋的兩側(cè)的總N*表示裂紋形核時的臨界循環(huán)σ表示疲勞循環(huán)過程中應(yīng)力變化范圍；εp表示疲勞循環(huán)過程中塑性應(yīng)變的變化范圍。2W2 1）Theprojectwassupportedby 其中σ表示循環(huán)過程中的最大應(yīng)E表示材料的彈性模量；υa表示三維a [3]可以表示為

B

32

2W 當(dāng)疲勞裂紋萌生時，自由能W達(dá)到極值

W

22 3ftπNbρeσεp

從而可以得到疲勞裂紋的萌生壽命N*

由于（7）式是關(guān)N的三次函數(shù)，為保證裂紋萌生時體系自由能處于極大值極值

22 位錯數(shù)，當(dāng)λ10時表示反向加載后位錯累計為零，既不會形成裂紋λ11

N

N*

3%Si合金鋼[4]、A10結(jié)構(gòu)鋼[13]、A336GR5結(jié)構(gòu)鋼[14]、A387為了簡化分析，計算采用理想情況下（λ11）的三維幣形裂紋（λ21）的關(guān)系式（9） 所采取的數(shù)據(jù)針對較高應(yīng)變振幅（ε2.5103、ε5103、ε7.510 ft2.5109，與文獻(xiàn)[10]ft2.4109接近。而文獻(xiàn)[4]中所給出的兩種模型為

ft4.8109。文獻(xiàn)[4]中所用到的兩個模型對疲勞裂紋萌生時間的預(yù)測都具有一定的偏3%Si合金鋼在較高應(yīng)變振幅下的裂紋萌生時間能夠較好的預(yù)測 non關(guān)系對實驗數(shù)據(jù)的擬合見圖2過環(huán)應(yīng)單位時間內(nèi)滑移帶上累計的位錯紋萌生所需的時間相應(yīng)對疲勞裂紋萌生數(shù)據(jù)預(yù)測進(jìn)后的相變理論模型對A1結(jié)構(gòu)鋼的疲勞裂紋萌生數(shù)據(jù)能夠較好的預(yù)測實驗數(shù)據(jù)擬合的材料參數(shù)ft2.5109經(jīng)典的in-ft1.3108。說明改進(jìn)后的相變理論模型對于A10結(jié)構(gòu)鋼在一定應(yīng)力振幅（σ350~530Mpa）下的裂紋萌生時間能夠較好的預(yù)測。不同模型對于A336GR5文獻(xiàn)[14]采用A理論及經(jīng)典的裂紋萌生數(shù)據(jù)預(yù)測的準(zhǔn)確程度上來看，改進(jìn)后的相變理論模型對A336 一定偏差，對ft，采用改進(jìn)后的相變理論擬合的結(jié)ft2.2109，而原有相變理論對實驗數(shù)據(jù)的擬合結(jié)果是ft2.7108。不同模型對于A387GR22文獻(xiàn)[14]采用 理論及經(jīng)典的non關(guān)系對實驗數(shù)據(jù)的擬合見圖4過環(huán)應(yīng)單位時間內(nèi)滑移帶上累計的位錯紋萌生所需的時間相應(yīng)對疲勞裂紋萌生數(shù)據(jù)預(yù)測種模型對裂紋萌生時間的預(yù)測均不進(jìn)后的相變理論模型對實驗結(jié)果的預(yù)測誤差相對經(jīng)典的offin-的結(jié)果是ft1.8109，而原有相變理論對實驗數(shù)據(jù)的擬合結(jié)果是ft7.4109。 裂紋萌生數(shù)據(jù)的預(yù)測并不理想，對于材料參數(shù)ft，采用改進(jìn)后的相變理論擬合的結(jié)果是ft2.2109，而原有的相變理論對實驗數(shù)據(jù)擬合所得的結(jié)果是ft2.0108。 對于改進(jìn)后的相變理論預(yù)測裂紋萌生時間(9)式，除了參數(shù)ft以外，每一項都具有明確的物理意義，而根據(jù)文獻(xiàn)[10]所述，ft通?？梢砸暈橐粋€與材料性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。對于不同的材料，ft的數(shù)值變化較大。通過對不同實驗數(shù)據(jù)的分析，本文對改進(jìn)前后相變理論對ft的擬合值進(jìn)行比較，所得結(jié)果見圖6。通過分析可知，對于不同材料，原有的相變理論通過實驗數(shù)據(jù)擬合所得ft離散程度較大（最大：A ft2.7108，最?。篎e-3%Sift4.8108），而改進(jìn)后的相變理論通過對實驗數(shù)據(jù)的擬ft離散程度很?。? ft2.5108，最 ft1.8108），基本在ft2.2109上下浮動。同時注意到本文所采用的實驗數(shù)據(jù)都是能夠較好的吻合，同時通過對實驗數(shù)據(jù)的分析，得到了一個接近常數(shù)的材料參數(shù)ft值，說明ft與材料的性質(zhì)有關(guān)，并且對于組成成分相近的同類ft的取值相差不大。最終得到一ManJ.Extrusionsandintrusionsinfatiguedmetals.Part1.Stateoftheartandhistory.2009,89:1295-KwaiSC.Rolesofmicrostructureinfatiguecrackinitiation.InternationalofFatigue,2010,32:1428- TanakaK,MuraT.Adislocationmodelforfatiguecrackinitiation.fatiguedamagemodel.JournalofAppliedMechanics，1981，48：97-103LinMR,FineME,MuraT.Fatiguecrackinitiationonslipband:theoryandexperiment.Actametall,1985,34:619- TanakaK,MuraT.Atheoryoffatiguecrackinitiationatinclusions.MetallurgicalTransactionsA,1981,13A:117-MuraT,NakasoneY.Atheoryoffatiguecrackinitiationinsolids.JournalofAppliedMechanics，1991,57:1-66YaoY,HeX,KeerLM,FineME.Acontinuumdamagemechanics-basedunifiedcreepandplasticitymodelforsoldermaterials.ActaMaterialia，2015，83:160- FineME,StolkartsV,MP,KeerLM.Fatiguecracknucleationassistedbythermalactivation.MeterialsScienceand1999,A272:5-FineME.PhasetransformationtheoryappliedtoelevatedtemperatureFatigue.Scriptamater,2000,42:1007- YaoY,FineMe,KeerLM.Anenergyapproachtopredictfatiguecrackpropagationinmetalsandalloys.InternationalJournalofFracture,2007,146:149-158BhatSP,FineME.Fatiguecracknucleationinironandahighstrengthlowalloysteel.MaterialsScienceand2001,A314:90-ChabocheJL.Constitutiveequationsforcyclicplasticityandcyclicviscoplasticity.InternationalJournalofPlasticity,1989,5(3):247-302PragerW.Anewmethodofanalyzingstressesandstrainsinwork-hardeningplasticsolids.JournalofAppliedMechanics,1956,23(4):493-496SochaG.Experimentalinvestigationsoffatiguecracksnucleation,growthandcoalescenceinstructuralsteel.JournalofFatigue,2003,25:139-SochaG.Predictionofthefatiguelifeonthebasisofdamageprogressratecurves.InternationalJournalof2004,26:339-AphasetransitionapproachtopredictfatiguecrackinitiationinmetalsandWANG He Yao(1,2NorthwesternPolytechnicalUniversity,MechanicalandCivilEngineering,Xian,710072,AbstractMetallicmaterialswillproducedefectsundercyclicloading,whileaccompaniedbyinternalenergychange.Thechangeininternalenergycausesfatiguecrackinitiationandpropagation.Mostofthemethodsusedtopredictedfatiguecrackinitiationareempiricalmethodsorsemi-empiricalmethodswhichbasedonnumerousexperimentaldata,andlacktheoreticalbasis.Butthechangeindefects,crackinitiationandgrowtharealsoexamplesofphasetransformations.Manyconceptsinphasetransformationscanbeappliedtofatiguecrackinitiationandpropagation.Thispaperusedmicromechanicstoconsideredthedislocationdipolesaccumulatedonpersistentslipbands(PSBs)whenmetallicmaterialsundercyclicloading.Anewenergymethodbasedonphasetransformationstheoryisappliedtopredictedfatiguecrackiniti