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疲劳裂纹扩展速率试验基本原理

2020.7.28

结构在交变载荷的作用下，其使用寿命分为裂纹形成寿命和裂纹扩展寿命两部分。

裂纹形成寿命为由微观缺陷发展到宏观可检裂纹所对应的寿命，裂纹扩展寿命则是由宏观可检裂纹扩展到临界裂纹而发生破坏这段区间的寿命，裂纹扩展由断裂力学方法确定。

疲劳裂纹扩展速率裂纹扩展速率dNda，即交变载荷每循环一次所对应的裂纹扩展量，在疲劳裂纹扩展过程中，dNda不断变化，每一瞬时的dNda即为裂纹长度a随交变载荷循环数N变化的Na曲线在该点的斜率。裂纹扩展速率dNda受裂纹前缘的交变应力场的控制，主要是裂纹的交变应力强度因子的范围K和交变载荷的应力比R。线弹性断裂力学认为，在应力比不变的交变载荷的作用下，dNda随K的变化关系在双对数坐标系上的形状。
影响疲劳裂纹扩展的因素
与材料有关的影响因素
（1）材料产品的类型。如板材、挤压件、锻件等。对于相同的材料，若产品类型不同，则会有明显的差别。
（2）热处理工艺。材料成分相同，但热处理工艺不同，会导致材料的微观组织的差别，从而影响材料对裂纹扩展的阻力，造成的不同。
（3）厚度。由相同材料制成的构建，厚度不同，则在裂纹附近材料处于不同的应力状态，随着厚度的增加，呈加大的趋势。
2．与环境有关的因素
（1）腐蚀介质。腐蚀疲劳裂纹扩展包含两部分裂纹扩展机制，应力腐蚀作用下的裂纹长度随时间的扩展速率和交变载荷所引起的疲劳裂纹扩展。通常腐蚀条件下的裂纹扩展速率会高于惰性气体环境（干燥空气）中的疲劳裂纹扩展速率，并与加载频率和波形有关。
（2）温度。因为材料的塑性行为与温度有关，在较高的温度下，循环塑性变形易于进行，将增大。高温下的疲劳裂纹扩展速率也与加载频率和波形有密切关系。
（3）加载频率和波形。在惰性环境（干燥气体）和室温条件下，在常用的加载频率内，频率对的影响不显著。在惰性环境与室温下载荷波形对的影响也不明显。在相同的腐蚀介质和（或）高温条件下，通常频率越低，越大，且变化比较显著，波形的影响也不可忽略，一次循环中较大在和施加的时间越长，则越大。