一種預(yù)測不同應(yīng)力比下疲勞裂紋擴展門檻值的方法
【專利摘要】一種預(yù)測不同應(yīng)力比下疲勞裂紋擴展門檻值的方法，由材料在已知應(yīng)力比下疲勞裂紋擴展門檻值的測試數(shù)據(jù)，即疲勞裂紋擴展速率da/dN和應(yīng)力強度因子幅ΔK之間的關(guān)系，求得在雙對數(shù)坐標上疲勞裂紋擴展穩(wěn)定擴展區(qū)和近門檻區(qū)數(shù)據(jù)點的直線擬合斜率和兩者交界點，根據(jù)不同應(yīng)力比下穩(wěn)定擴展區(qū)和近門檻區(qū)交界點處最大應(yīng)力強度因子Kmax＝ΔK/R相等的條件進行計算，能夠預(yù)測未知應(yīng)力比R的疲勞裂紋擴展門檻值，所述R＞0；本發(fā)明相比于已有研究，不受具體材料的限制，適用于具有均勻組織的材料，有一定的普適性；且有效減小門檻值的測試工作量，節(jié)約了成本。
【專利說明】—種預(yù)測不同應(yīng)力比下疲勞裂紋擴展門檻值的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有均勻組織的材料的力學(xué)性能領(lǐng)域，特別涉及一種預(yù)測具有均勻組織的材料在不同應(yīng)力比R(R > O)下疲勞裂紋擴展門檻值的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]疲勞裂紋擴展門檻值反映了材料抗疲勞能力，衡量材料高周疲勞性能的重要指標，對工程上長壽命和無限壽命構(gòu)件的設(shè)計具有重要的參考意義。但是其測試結(jié)果隨應(yīng)力比R的變化而變化，需要測試不同應(yīng)力比R情況下的門檻值，周期長且成本高。
[0003]已有的研究表明在一定應(yīng)力比下疲勞裂紋擴展門檻值和材料的組織尺寸有一定聯(lián)系，并建立了兩者之間的數(shù)學(xué)關(guān)系；但并不能推測未知應(yīng)力比下的疲勞裂紋擴展門檻值，且大多是具體材料具體分析的情況，尚未提出通用的方法。
[0004]目前的研究表明，疲勞裂紋穩(wěn)定擴展區(qū)和近門檻區(qū)交界點處的單向塑性區(qū)尺寸(由最大應(yīng)力強度因子決定)和微觀組織尺寸有一定的對應(yīng)關(guān)系，而對于具有均勻組織的材料而言，兩個區(qū)域交界點處對應(yīng)加載的最大強度因子(Kmax)幾乎不變?；诖耍景l(fā)明針對組織均勻的材料，提出根據(jù)已知應(yīng)力比的疲勞裂紋擴展門檻值測試結(jié)果預(yù)測未知應(yīng)力比R(R > O)下的疲勞裂紋擴展門檻值的方法，可以大大減少測試工作量，具有重要的現(xiàn)實意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種預(yù)測不同應(yīng)力比下疲勞裂紋擴展門檻值的方法，針對具有均勻組織的材料，找到一個通過對已知應(yīng)力比下疲勞裂紋擴展門檻值測試數(shù)據(jù)的分析預(yù)測 未知應(yīng)力比R(R> O)下門檻值的方法，從而可以減少實際產(chǎn)品的測試任務(wù)量。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0007]—種預(yù)測不同應(yīng)力比下疲勞裂紋擴展門檻值的方法，由材料在已知應(yīng)力比下疲勞裂紋擴展門檻值的測試數(shù)據(jù)，即疲勞裂紋擴展速率da/dN和應(yīng)力強度因子幅△ K之間的關(guān)系，求得在雙對數(shù)坐標上疲勞裂紋擴展穩(wěn)定擴展區(qū)和近門檻區(qū)數(shù)據(jù)點的直線擬合斜率和兩者交界點，根據(jù)不同應(yīng)力比下穩(wěn)定擴展區(qū)和近門檻區(qū)交界點處最大應(yīng)力強度因子Kmax =ΛΚ/R相等的條件進行計算，能夠預(yù)測未知應(yīng)力比R的疲勞裂紋擴展門檻值，所述R > O。
[0008]所述材料為具有均勻組織的材料。
[0009]所述具有均勻組織的材料為具有均勻原奧氏體晶粒尺寸的鋼。
[0010]上述預(yù)測不同應(yīng)力比下疲勞裂紋擴展門檻值的方法，具體包括如下步驟:
[0011]步驟1:根據(jù)國家標準GB/T6398-2000《金屬材料疲勞裂紋擴展速率試驗方法》，在室溫下，對材料進行應(yīng)力比Rtl下試樣的疲勞裂紋擴展門檻值測試，得到疲勞裂紋擴展速率da/dN和應(yīng)力強度因子幅Δ K之間的關(guān)系，要求測試數(shù)據(jù)點da/dN~Λ K在雙對數(shù)坐標系中包含疲勞裂紋穩(wěn)定擴展區(qū)和近門檻區(qū)；[0012]步驟2:在雙對數(shù)坐標系中，確定疲勞裂紋穩(wěn)定擴展區(qū)和近門檻區(qū)數(shù)據(jù)點的擬合斜率分別為1?和Ctl,且兩者的交界點為坐標為((da/dN)C1, ΔΚ0)；
[0013]步驟3:根據(jù)不同應(yīng)力比下穩(wěn)定擴展區(qū)和近門檻區(qū)交界點處最大應(yīng)力強度因子Kmax = ΛΚ/R相等，可知:當應(yīng)力比改變?yōu)镽1時，R1 > 0，按下式(I)、式(2)、式(3)能夠得到穩(wěn)定擴展區(qū)和近門檻區(qū)的交界點處坐標((da/dN) 1; AK1)；
[0014](Kmax)1= Δ K0/R0(I)
【權(quán)利要求】
1.一種預(yù)測不同應(yīng)力比下疲勞裂紋擴展門檻值的方法，其特征在于:由材料在已知應(yīng)力比下疲勞裂紋擴展門檻值的測試數(shù)據(jù)，即疲勞裂紋擴展速率da/dN和應(yīng)力強度因子幅ΛΚ之間的關(guān)系，求得在雙對數(shù)坐標上疲勞裂紋擴展穩(wěn)定擴展區(qū)和近門檻區(qū)數(shù)據(jù)點的直線擬合斜率和兩者交界點，根據(jù)不同應(yīng)力比下穩(wěn)定擴展區(qū)和近門檻區(qū)交界點處最大應(yīng)力強度因子Kmax = Δ Κ/R相等的條件進行計算，能夠預(yù)測未知應(yīng)力比R的疲勞裂紋擴展門檻值，所述 R > O。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)測不同應(yīng)力比下疲勞裂紋擴展門檻值的方法，其特征在于:所述材料為具有均勻組織的材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種預(yù)測不同應(yīng)力比下疲勞裂紋擴展門檻值的方法，其特征在于:所述具有均勻組織的材料為具有均勻原奧氏體晶粒尺寸的鋼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)測不同應(yīng)力比下疲勞裂紋擴展門檻值的方法，其特征在于:具體包括如下步驟: 步驟1:根據(jù)國家標準GB/T6398-2000《金屬材料疲勞裂紋擴展速率試驗方法》，在室溫下，對材料進行應(yīng)力比Rtl下試樣的疲勞裂紋擴展門檻值測試，得到疲勞裂紋擴展速率da/dN和應(yīng)力強度因子幅ΛΚ之間的關(guān)系，要求測試數(shù)據(jù)點da/dN~ΛΚ在雙對數(shù)坐標系中包含疲勞裂紋穩(wěn)定擴展區(qū)和近門檻區(qū)； 步驟2:在雙對數(shù)坐標系中，確定疲勞裂紋穩(wěn)定擴展區(qū)和近門檻區(qū)數(shù)據(jù)點的擬合斜率分別為bQ和C。,且兩者的交界點為坐標為((da/dN)。，ΔΚ。)； 步驟3:根據(jù)不同應(yīng)力比下穩(wěn)定擴展區(qū)和近門檻區(qū)交界點處最大應(yīng)力強度因子Kmax =ΛΚ/R相等，可知:當應(yīng)力比改變?yōu)镽1時，R1 > O，按下式(I)、式(2)、式(3)能夠得到穩(wěn)定擴展區(qū)和近門檻區(qū)的交界點處坐標((da/dN) 1; AK1)；

【文檔編號】G01N3/00GK103760007SQ201410020016
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】蔡志鵬, 潘際鑾, 李軼非, 孫林根, 楊仁杰, 沈紅衛(wèi), 王朋, 丁玉明 申請人:清華大學(xué), 上海汽輪機廠有限公司