疲劳与断裂第九讲

1、1版权所有, 1997 (c) Dale Carnegie & Associates, Inc.23e e0理想弹塑性材料理想弹塑性材料s s2yss syss syss ss se e0硬化材料硬化材料2yss sAyss sA2yss s4 = = =221)(122a as sapapysKr平面应力平面应力平面应变平面应变5s sxs ss sw wyys0aMs sxDsDs2 2s sw wyysc c0 0 xw ws-Dss-Dss syc c0 0s sys6ysys ss ss s= =s sp pw ws syMKx= =- -22(/ )0 xwwMxwwMs

2、sxs ss sw wyys0aMs sxDsDs2 2s sw wyysc c0 070 xwwCw wC xwwMxwwMs sxDsDs2 2s sw wyysc c0 0 xw ws-Dss-Dss syc c0 0s sys8Rice认为：直到认为：直到w wc= w wM时，上述方法仍然可用。时，上述方法仍然可用。循环载荷下，裂尖有单调塑性区循环载荷下，裂尖有单调塑性区w wM、塑性区塑性区w wc。；910yx单调塑性区单调塑性区循环塑性区循环塑性区实际裂纹实际裂纹：在疲劳载荷作用下发生和发展。：在疲劳载荷作用下发生和发展。 裂纹在已发生塑性变形的材料包围之中。裂纹在已发生塑性变

3、形的材料包围之中。卸载时，弹性变形要恢复；卸载时，弹性变形要恢复； y方向塑性变形不可方向塑性变形不可恢复；裂纹面闭合。恢复；裂纹面闭合。11s ss ss ss ss smaxminopclt12-1-2-3-4-5 3 5 10 20 30lgda/dN (mm/c)D DK (Mpa.m1/2)R=0.05R=0.52D DKeff (Mpa.m1/2)lgda/dN (mm/c)-1-2-3-4-5 3 5 10 20 30与与D DK K相比，相比，D DK Keffeff是控制裂纹扩展的更本质的参量。是控制裂纹扩展的更本质的参量。13ABs ss sCODAB0长锯缝长锯缝s s有

4、电阻、光学、超声法等方法。有电阻、光学、超声法等方法。最可靠、应用最广的是最可靠、应用最广的是COD法。法。Paris（1974）给出张开位移为：给出张开位移为： CODAB=4s sa/E=asas 或：或： s s=(E/4a)CODAB式中，平面应力，式中，平面应力，E=E； 平面应变，平面应变，E=E/(1- )2。用锯缝模拟理想裂纹，可验证用锯缝模拟理想裂纹，可验证s s-COD线性关系。线性关系。 a , s s-COD直线的直线的斜率斜率E/4a 。14s sCODAB0oos s ， 斜率斜率 E/4a ， a ？原闭合裂纹逐渐张开。原闭合裂纹逐渐张开。15s ss ss ss

5、 s- -aDsaDsmaxopopminCOD裂纹裂纹张开张开闭合闭合只要裂纹完全张开，补偿后记录的只要裂纹完全张开，补偿后记录的CODAB-aDsaDs应为一常量（垂线）。一旦裂纹开始闭合，则应为一常量（垂线）。一旦裂纹开始闭合，则CODAB-aDsaDs将偏离垂线。将偏离垂线。s ss ss ss smaxopopminCODCODaDsaDsDsDss-Dss-Dss s1617应力水平从应力水平从DsDs2降至降至DsDs1， s sop ，DsDseff ，da/dN ， 迟滞后恢复。迟滞后恢复。s sDsDsDsDsDsDs1 12 21 1ts sop18实验结果实验结果:20

6、24-T3铝铝, 62年，年，Schijve.施加了三次施加了三次高载后，寿命延长高载后，寿命延长4倍。倍。a (mm)100501050 10 20 30 4042024-T3铝铝N(10 )ts s1920世纪年代初，人们才认识到载荷间的相互影世纪年代初，人们才认识到载荷间的相互影响。观察到单个高载的作用会引起裂纹扩展速响。观察到单个高载的作用会引起裂纹扩展速率的降低。这种现象称为裂纹迟滞。如果高载率的降低。这种现象称为裂纹迟滞。如果高载足够大，可以发生止裂，裂纹扩展完全停止。足够大，可以发生止裂，裂纹扩展完全停止。20aada/dNNda/dN 。通常是在单个或不多几个高载通常是在单个或

7、不多几个高载作用后发生。作用后发生。aada/dNN21对于高载迟滞现象发生原因的物理解释。对于高载迟滞现象发生原因的物理解释。裂纹闭合裂纹闭合 二者综合作用，造成二者综合作用，造成222) 裂纹穿过裂纹穿过rOL，即即ai+ryi=aOL+rOL时，迟滞消失。时，迟滞消失。arOLOLairyi23m 是实测的，预测寿命的结果较好。是实测的，预测寿命的结果较好。arOLOLairyi24用分析方法预测迟滞扩展。用分析方法预测迟滞扩展。arOLOLaiaryiprreq高载引入裂尖残余压应力高载引入裂尖残余压应力s sres，迟滞发生。迟滞发生。25 0 026已知已知; (; 求求 时的时的计算计算计算计算积分积分预测预测寿命寿命计算计算 计算计算27arOLOLaiaryiprreq28ts sOLmaxmina) 拉伸高载拉伸高载 s ss ss st b)压压拉高载拉高载s ss sOLt d)压缩高载压缩高载s stc)拉拉压高载压高载 s ss sOLaN恒幅载荷恒幅载荷(d)(a)a) 迟滞影响大，寿命可增迟滞影