基于损伤容限设计的疲劳裂纹扩展寿命估算.pdf

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1、研穷与分析·机械研究与应用·基于损伤容限设计的疲劳裂纹扩展寿命估算赵志平，李新勇(1．兰州工业高等专科学校，甘肃兰州730o50)摘要：从损伤容限设计概念出发，以断裂力学理论为基础，在承认零构件内具有初始缺陷的基础上，应用著名的Par-is裂纹扩展速率公式，以对1020冷轧薄钢板在承受单轴恒幅循环载荷下的寿命次数的估算为例，介绍了一种简单实用的疲劳寿命估算方法，从而为技术人员在进行含裂纹件的疲劳裂纹扩展寿命计算中提供一定的理论依据。关键词：疲劳；损伤容限设计；疲劳裂纹扩展；寿命估算中图分类号：TG113文献标识码：A文章编号：1006—4414(2010)03—0042

2、—02EstimationthelifeofthefatiguecrackpropagationbasedondamagetolerancedesignZhaoZhi—ping，LiXin—yong(Lanzhoupolytechniccollege，LanzhouGansu730050，China)Abstract：Thispaperintroducesasimplemethodoffatiguelifeestimationbasedondamagetolerancedesignandfracturemc—chanicswithadmittinginitialdefe

3、ctsincomponents，atthesametime，allexampleoffatiguelifeestimationfor1020cold—rolledsteelsheetunderuniaxialconstantamplitudecycleloadisdonebasedonfamousparisformulaofcrackgrowthrate，thusthetheoreticalbasisisprovidedfortechniciansincalculatingthelifeofthefatiguecrackpropagationthatcont~nimti

4、alcracks．Keywords：fatigue；damagetolerancedesign；fatiguecrackpropagation；lifeestimation1损伤容限设计概念前要保持一定的剩余强度，能够安全使用，直至下次常规疲劳设计方法和局部应力应变法都是以材检修时能够发现，予以修复或更换。因此，损伤容限料的完整性为前提的。但是，实际零构件在加工中，设计的关键问题是正确估算剩余寿命[1】。由于种种原因，往往存在着这样那样的缺陷或裂纹。2疲劳扩展寿命的估算为了考虑初始缺陷或裂纹对疲劳寿命的影响，便在断断裂力学是研究疲劳裂纹扩展的一个有用工具裂力学和破损一安

5、全设计原理的基础上，提出了一种和常规方法。其基本步骤是：首先得到结构在一定疲新的疲劳设计方法一损伤容限设计。劳载荷作用下的应力强度因子，再根据疲劳裂纹扩展损伤容限设计是破损一安全设计准则的体现与速率的实验结果，进而预测结构的剩余疲劳寿命[2]。发展，它承认结构中存在着未被发现的初始缺陷、裂疲劳裂纹扩展速率da／dN是剩余寿命估算的基础。纹或其他损伤，在使用过程中，在循环载荷作用下将对于线弹性裂纹体或准线弹性体，一般情况下用Par．不断扩展。通过分析和实验验证，对可检结构给出检is裂纹扩展速率公式[3】：修周期，对不可检结构提出严格的剩余强度要求和裂da=C(AK)(1)

6、纹增长限制，以保证结构在给定使用寿命期内，不致因未被发现的初始缺陷的扩展失控造成构件的灾难估算裂纹扩展寿命是合理的，将Paris公式积分，可得疲劳裂纹扩展寿命的估算公式如下【4】：性事故。简单说来，损伤容限设计就是以断裂力学为理论cda==基础，以断裂韧度试验和无损检测技术为手段，以有⋯—ed口初始缺陷或裂纹零构件的剩余寿命估算为中心，以断C(aAtr√1T口o)裂控制为保证，确保零构件在其服役期内能够安全使当m42时用的一种疲劳设计方法。损伤容限设计，承认零构件在使用期内有初始缺Ⅳ=——=—一(n1一一口01一)(2)(1一Ill,)c1(Ao-)陷，或在服役期内出现

7、裂纹，发生破损，但在下次检修收稿日期：2010—05—15作者简介：赵志平(1972一)，女，甘肃白银人，副教授，研究方向：结构疲劳、断裂及可靠性分析。·42·研究与分析·机械研究与应用·当m=2时临界裂纹尺寸可由断裂韧度求得：1N一．11ac，^、m～jac：_[KI／(口)]z(4)pa0叮『式中：a为与裂纹的形状和位置、加载方式及试样的初始裂纹的尺寸、形状、位置和取向，是指开始计几何因素有关的系数，即应力强度因子可写AK=算时，零构件中的最大原始缺陷的尺寸、形状、位置和方向，这些可以通过无损探伤技术检查出来。但无损口△1T口。，口值