疲劳裂纹扩展速率的实验数据处理.ppt
- 文档编号:30853069
- 上传时间:2024-03-02
- 格式:PPT
- 页数:30
- 大小:395.50KB
疲劳裂纹扩展速率的实验数据处理.ppt
《疲劳裂纹扩展速率的实验数据处理.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《疲劳裂纹扩展速率的实验数据处理.ppt(30页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
第八章第八章疲劳裂纹扩展疲劳裂纹扩展8.1疲劳裂纹扩展速率疲劳裂纹扩展速率8.2疲劳裂纹扩展寿命预测疲劳裂纹扩展寿命预测8.3影响疲劳裂纹扩展的若干因素影响疲劳裂纹扩展的若干因素8.4疲劳裂纹扩展速率试验疲劳裂纹扩展速率试验返回主目录返回主目录返回主目录返回主目录1前节回顾前节回顾:
TheplotoflogdTheplotoflogdaa/dNversuslog/dNversuslogKisasigmoidal(SKisasigmoidal(S形形形形)curve.curve.ThiscurvemaybedividedintoThiscurvemaybedividedintothreeregions.threeregions.Atlowstressintensities,crackingAtlowstressintensities,crackingbehaviorisassociatedwiththresholdeffects.behaviorisassociatedwiththresholdeffects.Inthemid-region,thecurveisessentiallylinear.Inthemid-region,thecurveisessentiallylinear.Finally,athighFinally,athighKvalues,crackgrowthratesareKvalues,crackgrowthratesareextremelyhighandlittlefatiguelifeisinvolved.extremelyhighandlittlefatiguelifeisinvolved.lgda/dN12310-5-610-9lg(K)cK=(1-R)K=(1-R)KmaxthK2MostofthecurrentapplicationofLEFMconceptsMostofthecurrentapplicationofLEFMconceptstodescribecrackgrowthbehaviorareassociatedtodescribecrackgrowthbehaviorareassociatedwithregion2.Inthisregionthelogda/dNversuswithregion2.Inthisregionthelogda/dNversusloglogKcurveisapproximatelylinearandliesKcurveisapproximatelylinearandliesroughlybetween10roughlybetween10-7and10and10-4mm/cycle.Manymm/cycle.Manycurvefitstothisregionhavebeensuggested.Thecurvefitstothisregionhavebeensuggested.TheParisequation,whichwasproposedintheearlyParisequation,whichwasproposedintheearly1960s,isthemostwidelyaccepted.1960s,isthemostwidelyaccepted.大多数用线弹性断裂力学描述裂纹扩展的应用是与大多数用线弹性断裂力学描述裂纹扩展的应用是与大多数用线弹性断裂力学描述裂纹扩展的应用是与大多数用线弹性断裂力学描述裂纹扩展的应用是与区域区域区域区域22相关的。
在这一区域,相关的。
在这一区域,相关的。
在这一区域,相关的。
在这一区域,logda/dN-loglogda/dN-logKK曲线曲线曲线曲线近似线性且在近似线性且在近似线性且在近似线性且在1010-7-10-10-4mm/cmm/c间。
间。
间。
间。
已有许多拟合曲线已有许多拟合曲线已有许多拟合曲线已有许多拟合曲线提出,提出,提出,提出,6060年代初的年代初的年代初的年代初的ParisParis公式是应用最广的。
公式是应用最广的。
公式是应用最广的。
公式是应用最广的。
38.3影响疲劳裂纹扩展的若干因素影响疲劳裂纹扩展的若干因素KK是控制是控制是控制是控制ddaa/dN/dN的最的最的最的最主要因素。
主要因素。
主要因素。
主要因素。
平均应力、加载频率、平均应力、加载频率、平均应力、加载频率、平均应力、加载频率、环境等的影响较次要,但环境等的影响较次要,但环境等的影响较次要,但环境等的影响较次要,但有时也不可忽略。
有时也不可忽略。
有时也不可忽略。
有时也不可忽略。
同同同同一一一一材材材材料料料料,由由由由不不不不同同同同形形形形状状状状、尺尺尺尺寸寸寸寸的的的的试试试试件件件件所所所所得得得得到到到到的的的的ddaa/dN-/dN-KK曲线相同。
曲线相同。
曲线相同。
曲线相同。
da/dN-K曲线可以描述疲劳裂纹扩展性能。
曲线可以描述疲劳裂纹扩展性能。
KMpa.m1/24102040lgda/dN(m/c)-9-8-7-6碳钢碳钢R=0.05KMpa.m1/241.平均应力或应力比的影响平均应力或应力比的影响注意到注意到注意到注意到aa=(1-R)=(1-R)maxmax/2/2,mm=(1+R)=(1+R)maxmax/2/2;有:
有:
有:
有:
故故故故aa给定时,给定时,给定时,给定时,RR,mm。
讨论讨论讨论讨论应力比的影响,应力比的影响,应力比的影响,应力比的影响,就是就是就是就是讨论讨论讨论讨论平均应力的影响。
平均应力的影响。
平均应力的影响。
平均应力的影响。
aammRRRR)11()11(-+=R0R0、R0R00时,时,时,时,minmin00。
aa给定,给定,给定,给定,RR,minmin,maxmax。
三个速率区域内,三个速率区域内,三个速率区域内,三个速率区域内,da/dNda/dN均增大。
均增大。
均增大。
均增大。
ddaa/dN-/dN-KK曲线整体向左移动。
曲线整体向左移动。
曲线整体向左移动。
曲线整体向左移动。
FormanForman公式:
公式:
公式:
公式:
KKKKRRKKCCdNdNdadaCCmm-=)11()(K=(1-K=(1-K=(1-K=(1-RR)K)K)K)KmaxmaxKKKKmaxmaxKKKKcc,分母分母分母分母0000,ddaa/dN/dN。
KKKKthth,ddaa/dN/dN00。
若考虑若考虑若考虑若考虑KKthth的影响,有:
的影响,有:
的影响,有:
的影响,有:
dadadNdNCCKKKKRRKKKKmmththmmcc=-()()()116thKR=0.80-1lgda/dNlg(K)低速率区低速率区低速率区低速率区,RR,KKthth。
RR00的情况:
的情况:
的情况:
的情况:
负应力存在,负应力存在,负应力存在,负应力存在,对对对对ddaa/dN/dN三区域的影响不同。
三区域的影响不同。
三区域的影响不同。
三区域的影响不同。
情况比情况比情况比情况比R0R0时复杂得多。
时复杂得多。
时复杂得多。
时复杂得多。
0.2.4.6.81.087654321低碳钢低碳钢低合金钢低合金钢不锈钢不锈钢A517-F9301A508CA533B不同钢材的不同钢材的R-Kth关系关系RKthMpa.m1/2有有经验关系为:
经验关系为:
Kth=K0th(1-R)Koth是是R=0时时的的基基本本门门槛槛应力强度因子幅度。
应力强度因子幅度。
参数参数、由实验确定。
由实验确定。
图中钢材的下限为:
图中钢材的下限为:
Kth=7.03(1-0.85R)7FormansequationisoftenusedtopredictstressFormansequationisoftenusedtopredictstressratioeffects.AsRincreases,thecrackgrowthrateratioeffects.AsRincreases,thecrackgrowthrateincreases.Thisisconsistentwithtestobservations.increases.Thisisconsistentwithtestobservations.FormansequationisvalidonlywhenR0.FormansequationisvalidonlywhenR0.Generally,itisbelievedthatwhenR0,noGenerally,itisbelievedthatwhenR0,nosignificantchangeingrowthrateoccurscomparedsignificantchangeingrowthrateoccurscomparedwiththeR=0.Againthisismaterialdependent,aswiththeR=0.Againthisismaterialdependent,assomeresearchershaveobtaineddataforcertainsomeresearchershaveobtaineddataforcertainmaterialswhichshowhighergrowthratesforR0materialswhichshowhighergrowthratesforR0R0时正确。
一般认为与时正确。
一般认为与时正确。
一般认为与时正确。
一般认为与R=0R=0相比,相比,相比,相比,R0R0对对对对da/dNda/dN没有显著影响。
这仍与材料有关,对有没有显著影响。
这仍与材料有关,对有没有显著影响。
这仍与材料有关,对有没有显著影响。
这仍与材料有关,对有些材料,也有研究者在些材料,也有研究者在些材料,也有研究者在些材料,也有研究者在R0R0时得到较高时得到较高时得到较高时得到较高da/dNda/dN。
8但是,在但是,在但是,在但是,在高温或腐蚀环境下高温或腐蚀环境下高温或腐蚀环境下高温或腐蚀环境下,频率及波形对,频率及波形对,频率及波形对,频率及波形对ddaa/dN/dN的影响显著增大,是不容忽视的。
的影响显著增大,是不容忽视的。
的影响显著增大,是不容忽视的。
的影响显著增大,是不容忽视的。
2.加载频率的影响加载频率的影响30Cr30Cr22WmoVWmoV钢钢钢钢(30(30万千瓦汽轮万千瓦汽轮万千瓦汽轮万千瓦汽轮机高压转子钢机高压转子钢机高压转子钢机高压转子钢)频率影响实验。
频率影响实验。
频率影响实验。
频率影响实验。
低速区:
加载频率对低速区:
加载频率对低速区:
加载频率对低速区:
加载频率对ddaa/dN/dN基基基基本无影响。
本无影响。
本无影响。
本无影响。
中速率区:
中速率区:
中速率区:
中速率区:
ff,ddaa/dN/dN。
有:
有:
有:
有:
ddaa/dN=C(f)(/dN=C(f)(K)K)mm=(A-Blgf)(=(A-Blgf)(K)K)mmlg(da/dN)0.7111049801000030CrWMoVlg(K)2f(次次/分分)在室温、无腐蚀环境中,在室温、无腐蚀环境中,在室温、无腐蚀环境中,在室温、无腐蚀环境中,f=0.1f=0.1100Hz100Hz时时时时,对对对对da/dNda/dN的影响可不考虑。
循环波形影响是更次要的。
的影响可不考虑。
循环波形影响是更次要的。
的影响可不考虑。
循环波形影响是更次要的。
的影响可不考虑。
循环波形影响是更次要的。
9腐蚀介质作用下,裂纹可在低于腐蚀介质作用下,裂纹可在低于K1C时发生扩展。
时发生扩展。
试件加载到试件加载到K1,置于腐蚀介质中。
记录裂纹开始扩置于腐蚀介质中。
记录裂纹开始扩展的时间展的时间tf。
腐蚀疲劳是腐蚀疲劳是腐蚀疲劳是腐蚀疲劳是介质引起的介质引起的介质引起的介质引起的腐蚀破坏腐蚀破坏腐蚀破坏腐蚀破坏过程过程过程过程和和和和应力引起的应力引起的应力引起的应力引起的疲劳破坏疲劳破坏疲劳破坏疲劳破坏过程过程过程过程的共同作用。
的共同作用。
的共同作用。
的共同作用。
这二者的共同作用,比任何一种单独作用更有害。
这二者的共同作用,比任何一种单独作用更有害。
这二者的共同作用,比任何一种单独作用更有害。
这二者的共同作用,比任何一种单独作用更有害。
11)应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂(Stresscorrosion(Stresscorrosioncracking)cracking)3.腐蚀环境对腐蚀环境对da/dN的影响的影响K1K1scc,tf,(约约1000小时小时)。
K1scc是应力腐蚀开裂门槛值。
是应力腐蚀开裂门槛值。
K1K1scc不发生应力腐蚀开裂。
不发生应力腐蚀开裂。
K1K1cK1scc0tf10(da/dN)CF与与KK的关系如图,可分为三类:
的关系如图,可分为三类:
2)腐蚀疲劳裂纹扩展速率腐蚀疲劳裂纹扩展速率(da/dt)CF(1-R)KcthCFda/dNKKAA类类;(K)thCFKth腐蚀使腐蚀使(da/dN)CF普遍加快普遍加快,如铝合金在淡水如铝合金在淡水中。
中。
B1sccda/dN(1-R)KK(1-R)KcB类:
类:
KmaxK1scc,腐蚀腐蚀使使da/dN)CF。
马氏体镍在干氢中马氏体镍在干氢中.1sccda/dN(1-R)KKC(1-R)KcC类:
类:
AB混合型混合型如高强钢如高强钢在盐水中。
在盐水中。
加载频率越低,腐蚀过程越充分加载频率越低,腐蚀过程越充分,(da/dN)CF越快。
越快。
11ThefatiguecrackgrowthratecanbegreatlyThefatiguecrackgrowthratecanbegreatlyinfluencedbyenvironmentaleffects.Theseeffectsinfluencedbyenvironmentaleffects.Theseeffectsareextremelycomplicatedduotothelargeareextremelycomplicatedduotothelargenumberofmechanical,metallurgical,andnumberofmechanical,metallurgical,andchemicalvariablesandtheinteractionbetweenchemicalvariablesandtheinteractionbetweenthem.them.环境效应对疲劳裂纹扩展速率的影响很大。
环境效应对疲劳裂纹扩展速率的影响很大。
由于有大量的机械、冶金和化学因素及其由于有大量的机械、冶金和化学因素及其相互作用,环境效应极其复杂。
相互作用,环境效应极其复杂。
TheenvironmentaleffectonfatiguecrackgrowthTheenvironmentaleffectonfatiguecrackgrowthrateisstronglydependentonthematerial-rateisstronglydependentonthematerial-environmentcombination.Severaladditionalenvironmentcombination.Severaladditionalfactorsthatinfluencetheenvironmentaleffectarefactorsthatinfluencetheenvironmentaleffectarefrequencyofloading,temperature,waveformoffrequencyofloading,temperature,waveformofloading,andstressratio.loading,andstressratio.环境对疲劳裂纹扩展速率的影响强烈地依环境对疲劳裂纹扩展速率的影响强烈地依赖于材料与环境的组合。
影响环境效应的赖于材料与环境的组合。
影响环境效应的一些附加因素是加载频率、温度、加载波一些附加因素是加载频率、温度、加载波形和应力比。
形和应力比。
12Ingeneral,atlowfrequencies,crackgrowthrateIngeneral,atlowfrequencies,crackgrowthrateincreaseasmoretimeisallowedforenvironmentalincreaseasmoretimeisallowedforenvironmentalattackduringthefatigueprocess.attackduringthefatigueprocess.一般地说,低频率时裂纹扩展速率增大,因为在一般地说,低频率时裂纹扩展速率增大,因为在一般地说,低频率时裂纹扩展速率增大,因为在一般地说,低频率时裂纹扩展速率增大,因为在疲劳过程中环境效应有更充分的时间作用。
疲劳过程中环境效应有更充分的时间作用。
疲劳过程中环境效应有更充分的时间作用。
疲劳过程中环境效应有更充分的时间作用。
ReducedfatiguelifeisusuallyobservedwithReducedfatiguelifeisusuallyobservedwithincreasingtemperature.increasingtemperature.Inaddition,environmentaleffectsareusuallyInaddition,environmentaleffectsareusuallygreateratelevatedtemperature,whichisduoingreateratelevatedtemperature,whichisduoinparttooxideaction.parttooxideaction.温度增加,通常使疲劳寿命降低。
同时,高温下温度增加,通常使疲劳寿命降低。
同时,高温下温度增加,通常使疲劳寿命降低。
同时,高温下温度增加,通常使疲劳寿命降低。
同时,高温下环境的影响更大,这有一部分是氧化作用所致。
环境的影响更大,这有一部分是氧化作用所致。
环境的影响更大,这有一部分是氧化作用所致。
环境的影响更大,这有一部分是氧化作用所致。
NoeffectofwaveformonfatiguecrackgrowthrateNoeffectofwaveformonfatiguecrackgrowthrateisusuallyobservedinair.Butincorrosionisusuallyobservedinair.Butincorrosionenvironment,higherda/dNgenerallyoccurifenvironment,higherda/dNgenerallyoccurifincreasingtensileportionoftheloadingcycleincreasingtensileportionoftheloadingcycleoccursmoreslowly.occursmoreslowly.在空气中,一般观察不到波形对疲劳裂纹扩展速在空气中,一般观察不到波形对疲劳裂纹扩展速在空气中,一般观察不到波形对疲劳裂纹扩展速在空气中,一般观察不到波形对疲劳裂纹扩展速率的影响。
但在腐蚀环境中,若载荷循环的拉伸率的影响。
但在腐蚀环境中,若载荷循环的拉伸率的影响。
但在腐蚀环境中,若载荷循环的拉伸率的影响。
但在腐蚀环境中,若载荷循环的拉伸部分作用慢,部分作用慢,部分作用慢,部分作用慢,da/dNda/dN一般较高。
一般较高。
一般较高。
一般较高。
138.4疲劳裂纹扩展速率试验疲劳裂纹扩展速率试验目的目的:
测定材料的:
测定材料的:
测定材料的:
测定材料的da/dN-da/dN-KK曲线曲线曲线曲线一、试验原理一、试验原理:
ParisParis公式公式公式公式:
ddaa/dN=C(/dN=C(KK)mm实验实验实验实验aa=aa00R=0R=0记录记录记录记录aaii、NNii(K)K)ii=ff(,aaii,),)(d(daa/dN)/dN)ii=(aaii+1+1-aaii)/(N)/(Ni+1i+1-NNii)aaii=(aai+i+11+aaii)/2)/2lg(lg(ddaa/dN)=lgC+mlg(/dN)=lgC+mlg(KK)最小最小二乘法二乘法C,m?
a(mm)a0N=const.R=0aiNNilgda/dNlg(K)14二、试样二、试样L=4WWaaPP三点弯曲三点弯曲2孔f0.25WPPaaW1.25W1.2W0.55W紧凑拉伸紧凑拉伸紧凑拉伸紧凑拉伸中心裂纹中心裂纹WWB2a2a建议厚度:
建议厚度:
建议厚度:
建议厚度:
W/20W/20BBBBW/4W/4BWaa1111aa22aa3333aa44aa5555疲劳裂纹前缘疲劳裂纹前缘疲劳裂纹前缘疲劳裂纹前缘太厚太厚:
疲劳裂纹前缘舌型大,疲劳裂纹前缘舌型大,疲劳裂纹前缘舌型大,疲劳裂纹前缘舌型大,表面读取的尺寸与内部相差大。
表面读取的尺寸与内部相差大。
表面读取的尺寸与内部相差大。
表面读取的尺寸与内部相差大。
若用若用若用若用B=W/2B=W/2,常需作尺寸修正。
常需作尺寸修正。
常需作尺寸修正。
常需作尺寸修正。
15三、试验方法三、试验方法PPaaW1.2W紧凑拉伸试样紧凑拉伸试样紧凑拉伸试样紧凑拉伸试样hnnaaii1111.预制裂纹预制裂纹预制裂纹预制裂纹要求要求要求要求:
(:
(:
(:
(CTCT试样为例试样为例试样为例试样为例)切口切口切口切口尺寸:
尺寸:
尺寸:
尺寸:
aann00.2W.2W(保证保证保证保证LEFMLEFM的的的的KK解可用解可用解可用解可用)疲劳疲劳疲劳疲劳预裂:
预裂:
预裂:
预裂:
aaiimax0.1B,hmax0.1B,h(避开切口对裂尖的影响避开切口对裂尖的影响避开切口对裂尖的影响避开切口对裂尖的影响)预裂预裂预裂预裂载荷载荷载荷载荷:
R:
R与试验相同;与试验相同;与试验相同;与试验相同;KKmaxmax不大于开始试验时的不大于开始试验时的不大于开始试验时的不大于开始试验时的KK值。
值。
值。
值。
(保证裂纹足够尖锐,但所需时间长保证裂纹足够尖锐,但所需时间长保证裂纹足够尖锐,但所需时
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 疲劳 裂纹 扩展 速率 实验 数据处理