疲勞短裂紋萌生與擴(kuò)展

疲勞短裂紋萌生與擴(kuò)展Content1

疲勞短裂紋提出2

萌生機(jī)理3

短裂紋擴(kuò)展4

擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)1疲勞短裂紋提出早期科學(xué)家建立起線彈性斷裂力學(xué)（LEFM），并且Paris提出了一個(gè)著名的經(jīng)驗(yàn)公式，用來(lái)描述疲勞裂紋擴(kuò)展速率：????/????=?????^??，他取得了成功，該公式得到了廣泛的應(yīng)用。然而對(duì)于長(zhǎng)度很小的短裂紋，其擴(kuò)展速率不遵循Paris公式，這種裂紋稱為短裂紋。據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)械零件破壞的50%～90%為疲勞破壞，而材料約90%的疲勞損傷壽命都是消耗在裂紋萌生及擴(kuò)展階段，因此建立一種既能應(yīng)用于損傷容限分析，也能應(yīng)用于耐久性分析的疲勞全壽命預(yù)測(cè)方法，必須了解其在短裂紋階段的行為。2萌生機(jī)理短裂紋的形成有三種解釋：一是在疲勞過(guò)程中由于材料微觀結(jié)構(gòu)的非均勻性，會(huì)引起材料力學(xué)性能的持續(xù)硬化現(xiàn)象，對(duì)于微觀屈服強(qiáng)度低的晶粒，其循環(huán)硬化速率高且飽和值大；而對(duì)于微觀屈服強(qiáng)度高的晶粒，其循環(huán)硬化速率低、飽和值小。當(dāng)某一或某些表面晶粒由于循環(huán)硬化而使塑性耗盡時(shí)，該晶粒開裂而產(chǎn)生短裂紋。二是認(rèn)為疲勞過(guò)程首先由滑移開始。金相觀察發(fā)現(xiàn)，在一定循環(huán)載荷下，滑移帶在較大鐵素體晶粒內(nèi)出現(xiàn)，且載荷越大，有滑移帶形成的鐵素體晶粒越多，同時(shí)個(gè)別滑移帶逐漸加深或變寬，之后在缺口正表面形成一條或幾條在高放大倍數(shù)顯微鏡下看到的細(xì)小疲勞裂紋。

三是認(rèn)為疲勞損傷起因于沿晶短裂紋，高溫可以促進(jìn)晶界滑動(dòng)，晶界滑移聚集又會(huì)促進(jìn)晶界孔洞的集結(jié)和局部擴(kuò)散的發(fā)生，而局部擴(kuò)散又會(huì)促進(jìn)孔洞成長(zhǎng)，因此高溫下易于形成沿晶裂紋。3短裂紋擴(kuò)展

3短裂紋擴(kuò)展

3.2曲折效應(yīng)晶粒尺度對(duì)短裂紋行為的影響往往體現(xiàn)在晶界對(duì)裂紋擴(kuò)展的障礙作用。而相鄰晶粒具有不同的晶體取向也使得裂紋在晶粒內(nèi)的走向具有相應(yīng)的晶體學(xué)特征。如圖所示，由于晶粒Y與晶粒X的滑移系統(tǒng)取向不同，因此裂紋由晶粒X傳播到晶粒Y將發(fā)生曲折。若晶粒X的滑移系統(tǒng)的施密特因子較大，相應(yīng)地將獲得較大的臨界分切應(yīng)力；而Y晶粒里的滑移系統(tǒng)可能具有較小的分切應(yīng)力。這樣裂紋由X到Y(jié)將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，其傳播速率將受到明顯的影響，裂紋的這種行為往往被稱為“曲折效應(yīng)”。短裂紋生長(zhǎng)受到晶粒取向的影響3短裂紋擴(kuò)展

3.3閉合效應(yīng)

疲勞裂紋擴(kuò)展往往伴隨發(fā)生裂紋的閉合效應(yīng)。如圖所示，閉合效應(yīng)可以由局部塑性區(qū),腐蝕產(chǎn)物,或裂紋的粗糙面等因素產(chǎn)生。一般地,閉合效應(yīng)的作用隨裂紋長(zhǎng)度的延伸而增強(qiáng)。研究指出，短裂紋與材料細(xì)觀組織相互作用而產(chǎn)生的曲折效應(yīng)和閉合效應(yīng)導(dǎo)致了短裂紋初始擴(kuò)展的裂紋減速特征。4擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)

5參考文獻(xiàn)[1] 郭萬(wàn)林，傅祥炯.論疲勞短裂紋.航空學(xué)報(bào)，1990.[2] 王璐，王正，宋希庚，王魁，趙子豪.疲勞短裂紋理論及壽命

預(yù)測(cè)方法新進(jìn)展.JournalofMechanica