疲劳裂纹扩展速率两种数据处理方法的比较

JournalofMechanicalStrength

机械强度

2003,25(5):568～571

疲劳裂纹扩展速率两种数据处理方法的比较

Ξ

COMPARISONWITHTWODATAPROCESSINGMETHODS

ONFATIGUECRACKGROWTHRATE

贾法勇ΞΞ　霍立兴　　张玉凤　　荆洪阳　　杨新岐　　王东坡

(天津大学材料科学与工程学院,天津300072)

JIAFayong　HUOLixing　ZHANGYufeng　JINGHongyang　YANGXinqi　WANGDongpo

(CollegeofMaterialsScienceandEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)

摘要　采用七点递增多项式法和Smith法对20MnHR焊缝与热影响区疲劳裂纹扩展速率试验数据进行处理,求得试样疲劳裂纹扩展速率及裂纹尖端应力强度因子范围的值,并对试验结果进行比较分析。试验分析说明较薄试样可以得到疲劳裂纹扩展速率的斜率转折点,以平面应变性质为基础的Paris裂纹扩展速率定律能够安全地应用。在较大范围的扩展区域内,用七点递增多项式法得到的疲劳裂纹扩展速率比Smith法具有较高的安全系数,,并具有一定的安全性。

关键词　疲劳裂纹扩展速率　七点递增多项式法　Smith法中图分类号　TG405

Abstract　ThetesteddataoffatiguecrackwasdealtwithsevenpointincrementalpolynomialmethodandSmithcomgrowthstressintensityfactor,testedresultswascomparativelyanalyzed.ingrowthratecanbeobtainedifthespecimenissufficientlythinandthelawstrainbehaviorcanbeusedsafely.Moreover,inthegreatercrackpropagationzone,thereemploythefatiguecrackpropagationformulasobtainedwithsevenpointincrementalpolynomialmethodthanmethod,thusitcouldbeappliedforpracticalweldedstructureswithconsiderableconfidence.

Keywords　Fatiguecrackpropagationrate;Sevenpointincrementalpolynomialmethod;SmithmethodCorrespondingauthor:JIAFayong,E2mail:[email protected],Fax:+[1**********]022,Tel:+[1**********]889

Manuscriptreceived20020311,inrevisedform20030505.

1　引言

疲劳裂纹扩展速率是决定构件疲劳行为的重要特

征参量,在评估结构的安全性、可靠性以及失效分析和寿命等方面有着重要的意义。疲劳裂纹扩展速率的试验数据处理方法很多,相同试验数据采用不同处理方法可以得到明显不同的结果。GB6398—86《金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法》推荐采用七点递增多项式法;英国学者Smith在1973年提出了一种数据处理

[1]

方法即Smith法。这两种方法各有其理论依据,对这两种处理方法,各国的学者有不同的见解。目前经常采用的是七点递增多项式法。以下在核容器用钢20MnHR疲劳裂纹扩展速率试验的基础上,对这两种方法进行比较探讨。

如图1所示(其中宽度W=60mm,厚度B=8mm)。材料力学性能如表1所示

。

图1　CT(紧凑拉伸)试样

Fig.1　CTspecimen

试验时应力比R=0.1,最大载荷为5.80kN,加载

频率为85Hz。焊缝和热影响区的有效试样各为14件。

在试验所得a—N曲线的基础上,采用七点递增多项式法和Smith法求取疲劳裂纹扩展速率(daΠdN)及

2　20MnHR疲劳裂纹扩展速率试验

试验采用标准紧凑拉伸(CT)试样,其型式和尺寸

Ξ20020311收到初稿,20030505收到修改稿。

ΞΞ贾法勇,男,1968年8月生,山东省商河县人,汉族。天津大学材料科学与工程学院博士研究生,主要研究方向为焊接结构断裂与强度。

　第25卷第5期贾法勇等:疲劳裂纹扩展速率两种数据处理方法的比较

表1　20MnHR焊接接头基本力学性能

Tab.1　Mechanicalpropertiesof20MnHRweldedjoint

569　

屈服强度

Yieldstrength

抗拉强度

Tensilestrength

)屈服强度(150℃)Yieldstrength(150℃

伸长率

Elongation

断面收缩率

Reductionofarea

冲击吸收功

Impactenergyabsorbed

AKΠJ

σMPa0.2Π

440

σMPabΠ

520

σ)ΠMPa0.2(150℃

395

δ5Π%

30

φΠ%

76

132

裂纹尖端应力强度因子范围ΔK。面应力区间的斜率转折点C。用七点递增多项式法处理,焊缝试样C点的值为30.03MPa・m,热影响区试

1Π2

样C点的值为31.58MPa・m;用Smith法处理,焊缝试

1Π2

样C点的值为25.51MPa・m,热影响区试样C点的值

1Π2

为25.72MPa・m。4.2　测得斜率转折点的原因及意义试验成功测出平面应变区和平面应力区的斜率转折点及两区的Paris裂纹扩展速率定律,具有重要的理论及工程意义。:

1)

1Π2

3　七点递增多项式法和Smith法的基本原理

3.1　七点递增多项式法

对a—N曲线上任意数据点i(最前三点和最后

三点除外),取其前后相邻的三点,加上i点本身共七点,采用最小二乘法进行局部拟合。局部拟合公式为

2

(1)ai=b0+b1Hi+b2Hi式中b0、b1、b2为按最小二乘法得到的回归系数,ai为对应循环次数Ni的名义裂纹长度。

Hi=(Ni-C1)ΠC2C1=(Ni+3+Ni-3)Π2C2=(Ni+3-3Π2

对式(1)2

(db1ΠC22(Ni-C1)ΠC2

(2)

3.2　Smith法

Smith法以McCartney和Gale所提出的一组函数为

基础

[2,3]

,即

yi=b0+b1lnxi+b2Πxi

(3)

式中yi=Ni-N1,xi=aiΠa1,N为载荷循环次数,a为裂纹长度,b0、b1、b2为待定系数,可根据试验数据回归得出。

对式(3)求导可得疲劳裂纹扩展速率

2

(b1ai-b2a1)daiΠdNi=aiΠ

(4)

ΔK关系曲线图2　双对数坐标下焊缝daΠdN—

(七点递增多项式法)

Fig.2　RelationshipbetweendaΠdNandΔKofweldonlog2logbasis

(sevenpointincrementalpolynomialmethod)

同时,用相应Ni的拟合裂纹长度ai计算与疲劳裂纹扩展速率daΠdN对应的裂纹尖端应力强度因子

范围ΔK,ΔK由标准紧凑拉伸试样应力强度因子公式确定。

4　试验数据及分析

4.1　裂纹扩展速率试验结果

将这两种处理方法所得焊缝和热影响区各14个有效试样的所有(daΠdN)i和(ΔK)i数据点在双对数坐标图上绘出,用最小二乘法作线性回归分析,求出以Paris公式表达的疲劳裂纹扩展速率daΠdN与裂纹尖端应力强度因子幅值ΔK关系式中的C、m值及其分散带(上限为CU、下限为CL)。结果见图2～图5和表2所示(图中置信度为95%)。

ΔK关系曲线图3　双对数坐标下热影响区daΠdN—

(七点递增多项式法)

Fig.3　RelationshipbetweendaΠdNandΔKofHAZonlog2logbasis

(sevenpointincrementalpolynomialmethod)

可以发现疲劳裂纹扩展速率曲线平面应变区和平

　570机　　械　　强　　度2003年　

ΔK关系曲线图4　双对数坐标下焊缝daΠdN—

(Smith法)

Fig.4　RelationshipbetweendaΠdNandΔKofweldonlog2logbasis

(Smithmethod)

ΔK关系曲线图5　双对数坐标下热影响区daΠdN—

(Smith法)

Fig.5　RelationshipbetweendaΠdNandΔKofHAZonlog2logbasis

(Smithmethod)

坏之前,平面应力条件允许松弛时才能得到

[4]

。试验

中试样宽度W=60mm,厚度B=8mm,符合上述条件,点。

2),,对精确估。而且以平面应变性裂纹扩展速率定律能够安全地应]

。4.3　两种数据处理方法的比较

1.七点递增多项式法和Smith法的数学原理不同。七点递增多项式法反映的是裂纹的局部扩展速率,每一点的扩展速率与它的前三点和后三点有关。Smith法反映裂纹的整体扩展速率,它是用整体拟合的方法对所有的试验点进行方程拟合得到一条a—N曲线,然后在每一点上求导得到该点的裂纹扩展速率daΠdN。

2.七点递增多项式法和Smith法处理得到的具体

,塑,在板厚方向可以自由屈服,形成平面应力状态,如果塑性区很小,则板厚方向就不能自由屈服,厚度方向塑性变形保持为零。其结果是,小塑性区处在平面应变下,而大塑性区将促进平面应力的发展。由于塑性区尺寸正

22σσ比于KΠs(K为材料的应力强度因子,s为材料的屈服强度),所以高的屈服应力将给出一个小的塑性区,而低的屈服应力将给出一个大的塑性区

表2　疲劳裂纹扩展速率试验结果

T

ab.2　Testedresultsoffatiguecrackpropagationrate

[5]

。20MnHR

的屈服强度为440MPa,裂纹尖端塑性区尺寸满足了平

处理方法区间CmCUCL

焊缝

2.00×10-133.983.10×10-131.30×10-13

(平面应变)

焊缝

2.45×10-101.893.46×10-101.73×10-10

七点递增(平面应力)多项式法热影响区

6.89×10-133.609.90×10-134.81×10-13

(平面应变)

热影响区

1.31×10-102.081.65×10-101.04×10-10

(平面应力)

焊缝

2.36×10-112.383.46×10-111.61×10-11

(平面应变)

焊缝

1.54×10-091.092.21×10-091.08×10-09

(平面应力)热影响区

(平面应变)

2.78×10-112.373.58×10-112.15×10-111.61×10-091.122.01×10-091.29×10-09

结果是有差别的:

(1)焊缝和热影响区C、m与斜率转折点的数值不同。说明不同的数据处理方法可以得到明显不同的结果。

(2)数据分散带大小不同。用Smith法得到的数据分散带上限CU与下限CL的比值要比用七点递增多项式法得到的比值要小。

这是因为疲劳裂纹扩展具有间断性,七点递增多项式方法考虑了前后三点的影响,即反映裂纹扩展的不连续性,这就表现在所得结果分散性较大;而Smith方法体现的是裂纹扩展的整体趋势,避开了不连续性对整体结果的影响,所以结果分散性较小。

3.七点递增多项式法和Smith法得到的裂纹扩展速率基本趋势是一致的,都是热影响区的daΠdN略快于焊缝的daΠdN,见图6和图7所示。　　4.七点递增多项式法得到的疲劳裂纹扩展速率

Smith法

热影响区

(平面应力)

　第25卷第5期贾法勇等:疲劳裂纹扩展速率两种数据处理方法的比较571　

具有较高的安全系数。把用这两种方法得到的焊缝和

热影响区平面应变裂纹扩展速率在同一双对数坐标下进行比较发现,虽在ΔK=20MPa有一交点,但在较大范围的ΔK区域内(ΔK>20MPa),七点递增多项式法得到的疲劳裂纹扩展速率快于Smith法,在实际应用中具有较高的安全系数。见图8所示。

所以用七点递增多项式法得到的结果,20MnHR焊缝平面应变区间的Paris表达式

-133.98

daΠdN=2.00×10ΔK

20MnHR热影响区平面应变区间的Paris表达式

-133.60daΠdN=6.89×10ΔK

可应用于实际的焊接结构。

图6　焊缝和热影响区daΠdN曲线对比

(七点递增多项式法)

Fig.6　ComparisonofthedaΠdNcurvesoftheweldandHAZ

(sevenpointincrementalpolynomialmethod)

5　结论

1),平面应力

,,而且以平面2)20MnHR热影响区的疲劳裂纹扩展速率略快于焊缝的疲劳裂纹扩展速率。

在较大范围的扩展区域内,七点递增多项式法得到的疲劳裂纹扩展速率在实际应用中具有较高的安全系数。

3)七点递增多项式法处理得到的结果:

20MnHR焊缝平面应变区间的Paris表达式

-133.98

daΠdN=2.00×10ΔK

图7　焊缝和热影响区daΠdN曲线对比(Smith法)

Fig.7　ComparisonofthedaΠdNcurvesoftheweldandHAZ

(Smithtechnique)

20MnHR热影响区平面应变区间的Paris表达式

-133.60daΠdN=6.89×10ΔK

可应用于实际的焊接结构,并具有一定的安全性。

References

1　SmithRA.Thedeterminationoffatiguecrackgrowthrateform.Int.J.Frac2ture,1973,9:452～455.

2　TeranceVDuggan,JanesByme.Fatigueasadesigncriterion.London:MacmillanPressLTD,1977.

3　McCartneyLNGale.Ageneralizedtheoryoffatiguecrackpropagation.

Proc.Roy.Soc,London,1971.A:322～41.

4　GurneyTR.Fatigueofweldedstructures.London:GambridgeUniversity

Press,1979.5

BroekD.Elementaryengineeringfracturemechanics.Beijing:SciencesPress,1974(InChinese)(布洛克.工程断裂力学基础.王克人等译,北

京:科学出版社,1990).

6　HUOLixing.Fracturebehaviorsandassessmentonweldedstructures.Bei2jing:MachineryIndustryPress,2000(InChinese)(霍立兴.焊接结构的

图8　20MnHR平面应变裂纹扩展速率

Fig.8RelationshipbetweendaΠdNandΔKbasedonplanestrainbehavior

断裂行为及评定.北京:机械工业出版社,2000).

JournalofMechanicalStrength

机械强度

2003,25(5):568～571

疲劳裂纹扩展速率两种数据处理方法的比较

Ξ

COMPARISONWITHTWODATAPROCESSINGMETHODS

ONFATIGUECRACKGROWTHRATE

贾法勇ΞΞ　霍立兴　　张玉凤　　荆洪阳　　杨新岐　　王东坡

(天津大学材料科学与工程学院,天津300072)

JIAFayong　HUOLixing　ZHANGYufeng　JINGHongyang　YANGXinqi　WANGDongpo

(CollegeofMaterialsScienceandEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)

摘要　采用七点递增多项式法和Smith法对20MnHR焊缝与热影响区疲劳裂纹扩展速率试验数据进行处理,求得试样疲劳裂纹扩展速率及裂纹尖端应力强度因子范围的值,并对试验结果进行比较分析。试验分析说明较薄试样可以得到疲劳裂纹扩展速率的斜率转折点,以平面应变性质为基础的Paris裂纹扩展速率定律能够安全地应用。在较大范围的扩展区域内,用七点递增多项式法得到的疲劳裂纹扩展速率比Smith法具有较高的安全系数,,并具有一定的安全性。

关键词　疲劳裂纹扩展速率　七点递增多项式法　Smith法中图分类号　TG405

Abstract　ThetesteddataoffatiguecrackwasdealtwithsevenpointincrementalpolynomialmethodandSmithcomgrowthstressintensityfactor,testedresultswascomparativelyanalyzed.ingrowthratecanbeobtainedifthespecimenissufficientlythinandthelawstrainbehaviorcanbeusedsafely.Moreover,inthegreatercrackpropagationzone,thereemploythefatiguecrackpropagationformulasobtainedwithsevenpointincrementalpolynomialmethodthanmethod,thusitcouldbeappliedforpracticalweldedstructureswithconsiderableconfidence.

Keywords　Fatiguecrackpropagationrate;Sevenpointincrementalpolynomialmethod;SmithmethodCorrespondingauthor:JIAFayong,E2mail:[email protected],Fax:+[1**********]022,Tel:+[1**********]889

Manuscriptreceived20020311,inrevisedform20030505.

1　引言

疲劳裂纹扩展速率是决定构件疲劳行为的重要特

征参量,在评估结构的安全性、可靠性以及失效分析和寿命等方面有着重要的意义。疲劳裂纹扩展速率的试验数据处理方法很多,相同试验数据采用不同处理方法可以得到明显不同的结果。GB6398—86《金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法》推荐采用七点递增多项式法;英国学者Smith在1973年提出了一种数据处理

[1]

方法即Smith法。这两种方法各有其理论依据,对这两种处理方法,各国的学者有不同的见解。目前经常采用的是七点递增多项式法。以下在核容器用钢20MnHR疲劳裂纹扩展速率试验的基础上,对这两种方法进行比较探讨。

如图1所示(其中宽度W=60mm,厚度B=8mm)。材料力学性能如表1所示

。

图1　CT(紧凑拉伸)试样

Fig.1　CTspecimen

试验时应力比R=0.1,最大载荷为5.80kN,加载

频率为85Hz。焊缝和热影响区的有效试样各为14件。

在试验所得a—N曲线的基础上,采用七点递增多项式法和Smith法求取疲劳裂纹扩展速率(daΠdN)及

2　20MnHR疲劳裂纹扩展速率试验

试验采用标准紧凑拉伸(CT)试样,其型式和尺寸

Ξ20020311收到初稿,20030505收到修改稿。

ΞΞ贾法勇,男,1968年8月生,山东省商河县人,汉族。天津大学材料科学与工程学院博士研究生,主要研究方向为焊接结构断裂与强度。

　第25卷第5期贾法勇等:疲劳裂纹扩展速率两种数据处理方法的比较

表1　20MnHR焊接接头基本力学性能

Tab.1　Mechanicalpropertiesof20MnHRweldedjoint

569　

屈服强度

Yieldstrength

抗拉强度

Tensilestrength

)屈服强度(150℃)Yieldstrength(150℃

伸长率

Elongation

断面收缩率

Reductionofarea

冲击吸收功

Impactenergyabsorbed

AKΠJ

σMPa0.2Π

440

σMPabΠ

520

σ)ΠMPa0.2(150℃

395

δ5Π%

30

φΠ%

76

132

裂纹尖端应力强度因子范围ΔK。面应力区间的斜率转折点C。用七点递增多项式法处理,焊缝试样C点的值为30.03MPa・m,热影响区试

1Π2

样C点的值为31.58MPa・m;用Smith法处理,焊缝试

1Π2

样C点的值为25.51MPa・m,热影响区试样C点的值

1Π2

为25.72MPa・m。4.2　测得斜率转折点的原因及意义试验成功测出平面应变区和平面应力区的斜率转折点及两区的Paris裂纹扩展速率定律,具有重要的理论及工程意义。:

1)

1Π2

3　七点递增多项式法和Smith法的基本原理

3.1　七点递增多项式法

对a—N曲线上任意数据点i(最前三点和最后

三点除外),取其前后相邻的三点,加上i点本身共七点,采用最小二乘法进行局部拟合。局部拟合公式为

2

(1)ai=b0+b1Hi+b2Hi式中b0、b1、b2为按最小二乘法得到的回归系数,ai为对应循环次数Ni的名义裂纹长度。

Hi=(Ni-C1)ΠC2C1=(Ni+3+Ni-3)Π2C2=(Ni+3-3Π2

对式(1)2

(db1ΠC22(Ni-C1)ΠC2

(2)

3.2　Smith法

Smith法以McCartney和Gale所提出的一组函数为

基础

[2,3]

,即

yi=b0+b1lnxi+b2Πxi

(3)

式中yi=Ni-N1,xi=aiΠa1,N为载荷循环次数,a为裂纹长度,b0、b1、b2为待定系数,可根据试验数据回归得出。

对式(3)求导可得疲劳裂纹扩展速率

2

(b1ai-b2a1)daiΠdNi=aiΠ

(4)

ΔK关系曲线图2　双对数坐标下焊缝daΠdN—

(七点递增多项式法)

Fig.2　RelationshipbetweendaΠdNandΔKofweldonlog2logbasis

(sevenpointincrementalpolynomialmethod)

同时,用相应Ni的拟合裂纹长度ai计算与疲劳裂纹扩展速率daΠdN对应的裂纹尖端应力强度因子

范围ΔK,ΔK由标准紧凑拉伸试样应力强度因子公式确定。

4　试验数据及分析

4.1　裂纹扩展速率试验结果

将这两种处理方法所得焊缝和热影响区各14个有效试样的所有(daΠdN)i和(ΔK)i数据点在双对数坐标图上绘出,用最小二乘法作线性回归分析,求出以Paris公式表达的疲劳裂纹扩展速率daΠdN与裂纹尖端应力强度因子幅值ΔK关系式中的C、m值及其分散带(上限为CU、下限为CL)。结果见图2～图5和表2所示(图中置信度为95%)。

ΔK关系曲线图3　双对数坐标下热影响区daΠdN—

(七点递增多项式法)

Fig.3　RelationshipbetweendaΠdNandΔKofHAZonlog2logbasis

(sevenpointincrementalpolynomialmethod)

可以发现疲劳裂纹扩展速率曲线平面应变区和平

　570机　　械　　强　　度2003年　

ΔK关系曲线图4　双对数坐标下焊缝daΠdN—

(Smith法)

Fig.4　RelationshipbetweendaΠdNandΔKofweldonlog2logbasis

(Smithmethod)

ΔK关系曲线图5　双对数坐标下热影响区daΠdN—

(Smith法)

Fig.5　RelationshipbetweendaΠdNandΔKofHAZonlog2logbasis

(Smithmethod)

坏之前,平面应力条件允许松弛时才能得到

[4]

。试验

中试样宽度W=60mm,厚度B=8mm,符合上述条件,点。

2),,对精确估。而且以平面应变性裂纹扩展速率定律能够安全地应]

。4.3　两种数据处理方法的比较

1.七点递增多项式法和Smith法的数学原理不同。七点递增多项式法反映的是裂纹的局部扩展速率,每一点的扩展速率与它的前三点和后三点有关。Smith法反映裂纹的整体扩展速率,它是用整体拟合的方法对所有的试验点进行方程拟合得到一条a—N曲线,然后在每一点上求导得到该点的裂纹扩展速率daΠdN。

2.七点递增多项式法和Smith法处理得到的具体

,塑,在板厚方向可以自由屈服,形成平面应力状态,如果塑性区很小,则板厚方向就不能自由屈服,厚度方向塑性变形保持为零。其结果是,小塑性区处在平面应变下,而大塑性区将促进平面应力的发展。由于塑性区尺寸正

22σσ比于KΠs(K为材料的应力强度因子,s为材料的屈服强度),所以高的屈服应力将给出一个小的塑性区,而低的屈服应力将给出一个大的塑性区

表2　疲劳裂纹扩展速率试验结果

T

ab.2　Testedresultsoffatiguecrackpropagationrate

[5]

。20MnHR

的屈服强度为440MPa,裂纹尖端塑性区尺寸满足了平

处理方法区间CmCUCL

焊缝

2.00×10-133.983.10×10-131.30×10-13

(平面应变)

焊缝

2.45×10-101.893.46×10-101.73×10-10

七点递增(平面应力)多项式法热影响区

6.89×10-133.609.90×10-134.81×10-13

(平面应变)

热影响区

1.31×10-102.081.65×10-101.04×10-10

(平面应力)

焊缝

2.36×10-112.383.46×10-111.61×10-11

(平面应变)

焊缝

1.54×10-091.092.21×10-091.08×10-09

(平面应力)热影响区

(平面应变)

2.78×10-112.373.58×10-112.15×10-111.61×10-091.122.01×10-091.29×10-09

结果是有差别的:

(1)焊缝和热影响区C、m与斜率转折点的数值不同。说明不同的数据处理方法可以得到明显不同的结果。

(2)数据分散带大小不同。用Smith法得到的数据分散带上限CU与下限CL的比值要比用七点递增多项式法得到的比值要小。

这是因为疲劳裂纹扩展具有间断性,七点递增多项式方法考虑了前后三点的影响,即反映裂纹扩展的不连续性,这就表现在所得结果分散性较大;而Smith方法体现的是裂纹扩展的整体趋势,避开了不连续性对整体结果的影响,所以结果分散性较小。

3.七点递增多项式法和Smith法得到的裂纹扩展速率基本趋势是一致的,都是热影响区的daΠdN略快于焊缝的daΠdN,见图6和图7所示。　　4.七点递增多项式法得到的疲劳裂纹扩展速率

Smith法

热影响区

(平面应力)

　第25卷第5期贾法勇等:疲劳裂纹扩展速率两种数据处理方法的比较571　

具有较高的安全系数。把用这两种方法得到的焊缝和

热影响区平面应变裂纹扩展速率在同一双对数坐标下进行比较发现,虽在ΔK=20MPa有一交点,但在较大范围的ΔK区域内(ΔK>20MPa),七点递增多项式法得到的疲劳裂纹扩展速率快于Smith法,在实际应用中具有较高的安全系数。见图8所示。

所以用七点递增多项式法得到的结果,20MnHR焊缝平面应变区间的Paris表达式

-133.98

daΠdN=2.00×10ΔK

20MnHR热影响区平面应变区间的Paris表达式

-133.60daΠdN=6.89×10ΔK

可应用于实际的焊接结构。

图6　焊缝和热影响区daΠdN曲线对比

(七点递增多项式法)

Fig.6　ComparisonofthedaΠdNcurvesoftheweldandHAZ

(sevenpointincrementalpolynomialmethod)

5　结论

1),平面应力

,,而且以平面2)20MnHR热影响区的疲劳裂纹扩展速率略快于焊缝的疲劳裂纹扩展速率。

在较大范围的扩展区域内,七点递增多项式法得到的疲劳裂纹扩展速率在实际应用中具有较高的安全系数。

3)七点递增多项式法处理得到的结果:

20MnHR焊缝平面应变区间的Paris表达式

-133.98

daΠdN=2.00×10ΔK

图7　焊缝和热影响区daΠdN曲线对比(Smith法)

Fig.7　ComparisonofthedaΠdNcurvesoftheweldandHAZ

(Smithtechnique)

20MnHR热影响区平面应变区间的Paris表达式

-133.60daΠdN=6.89×10ΔK

可应用于实际的焊接结构,并具有一定的安全性。

References

1　SmithRA.Thedeterminationoffatiguecrackgrowthrateform.Int.J.Frac2ture,1973,9:452～455.

2　TeranceVDuggan,JanesByme.Fatigueasadesigncriterion.London:MacmillanPressLTD,1977.

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