直流电压降方法在钢材疲劳过载延迟效应研究中的应用

夏昊阳，吴 昊

(同济大学航空航天与力学学院，上海 200092)

0 引 言

疲劳断裂是钢材常见的失效或破坏形式之一，因为金属结构件尤其是钢材在实际使用中，常常承受着变幅载荷。已有研究[1]发现，过载会导致裂纹扩展的延迟，而预测变幅加载下的裂纹扩展速率是非常具有挑战性的一项工作。Paris公式是预测宏观裂纹扩展速率最常用的方法之一，该模型假设裂纹扩展速率由应力强度因子幅值ΔK决定[2]；但是基于线弹性断裂力学的Paris公式无法准确描述过载延迟效应。近年来有非常多的学者对钢材的疲劳过载延迟现象进行了研究。根据裂纹闭合现象，WOLF[3]定义了闭合率U并给出了过载后的模型公式；为了反映延迟效应，WILLENBORG等[4]提出用延迟系数Cp来预测过载后的裂纹扩展速率；BACILA等[5]通过分段线性函数方法对Willenborg模型进行了修正；WU等[6]使用权函数方法来量化残余应力强度因子并计算残余应力引起的裂纹闭合效应，同时提出了适用于一些标准试样的残余应力强度因子的计算公式[7]；DAI等[8]提出了一种以塑性修正后的应力强度因子为新的驱动力来预测裂纹扩展速率的方法；YUEN等[9]从裂尖塑性区出发，考虑了材料特性对扩展行为的影响后提出了一个改进的Wheeler模型；HARMAIN[10]利用裂纹闭合与裂尖塑性区的耦合效果来解释单峰过载延迟现象，并给出了对应的计算公式。但是，上述方法都需要针对不同材料进行试验以获取参数进行拟合，应用限制非常大。

由于疲劳裂纹的测量通常在恶劣的动态环境中进行，因此应用一个好的疲劳裂纹检测方法是非常必要的。……