悬臂弯曲加载表面裂纹扩展长度与深度的关系研究.pdf

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1、2014年8月材料开发与应用·1·文章编号：1003．1545(2014)04-0001-07悬臂弯曲加载表面裂纹扩展长度与深度的关系研究张利娟，张亚军，高灵清(中国船舶重工集团公司第七二五研究所，河南洛阳471023)摘要：本文根据10CrNiMo高强钢的材料常数C、m，按照CyclebyCycle方法的计算流程，采用Newman-Raju公式和Paris公式，分别计算了悬臂弯曲加载方式下表面裂纹扩展沿长度和深度方向上的应力强度因子范围△K，得到了裂纹扩展长度与深度的关系及其裂纹扩展速率。通过与试验结果的对比，分析了理论计算可

2、能出现的误差，并对Newman—Raju公式进行了修正。结果表明，公式计算所得表面裂纹扩展趋势和裂纹扩展速率趋势与试验结果是一致的，且修正后的Newman．Raju公式在裂纹扩展形貌和扩展速率方面与试验数据拟合曲线都可以较好吻合。采用修正后的Newman—Raju公式，还可以很好地对具有不同初始裂纹形状试样的表面裂纹扩展情况进行预测。关键词：悬臂弯曲加载；表面裂纹；深长比；理论计算中图分类号：TG115．57文献标识码：AStudyonRelationshipBetweenLengthandDepthofSurfaceCrack

3、PropagationunderCantileverBendLoadingZHANGLi-juan，ZHANGY8_jun，GAOLing—qing(LuoyangShipMaterialResearchInstitute，Luoyang471023，China)Abstract：AccordingtoCyclebyCyclecalculationprocedures，therangeofstressintensityzlKalongthelengthanddepthdirec—tionofsurfacecracksunderc

4、antileverbendloadingrespectivelytobuildtherelationshipbetweencracklengthanddepth，andthecrackgrowthratewascalculatedbyusingthematerialconstantC．，nof10CrNiMohighstrengthsteelandtheNewman-RajuformulaandParisformula．ThepossibleerroroftheorycalculatedvaluewasanalyzedandNe

5、wman—Rajuformulawasmodified．Theresuhsshowedthatthetrendofsurfacecrackgrowthandcrackgrowthratecalculatedwereconsistentwiththetestre-suhs．themodifiedNewman—Rajuformulacouldagreewellwiththeexperimentaldatafittingcurvebothincrackgrowthshapeandgrowthrate．Simultaneously，su

6、rfacecrackgrowthcouldbewellforecastedwithdifferentirritialcrackshapeofsampleusingthemodifiedNewman—Rainformula．Keywords：cantileverbendloading；surfacecrack；ratioofdepthtolength；calculatedbytheory在工程实际中，由于表面裂纹扩展而导致压多数表现为低周疲劳破坏。压力容器表面存在力容器疲劳失效的事故越来越多。统计资料表的粗糙、缺陷和腐蚀等情况极容

7、易引起应力集明，上世纪60年代以来的压力容器破坏事故中，成为疲劳裂纹核心，危害性较大。因此，研中有60％是由疲劳裂纹引起的，其失效循环周次究压力容器低周疲劳表面裂纹的扩展规律，具有一般不超过10周次，所以，压力容器的破坏大重要的实际工程意义。悬臂弯曲加载只需一个收稿日期：2014—03—25基金项目：技术基础类(项目编号：51312060104)作者简介：张利娟，1982年生，女，硕士，工程师。·2·材料开发与应用2014年8月较小的力，就可以通过调整力臂大小而在远离施力部位产生一个甚至可以超过材料屈服强度的应力，因此，常用于压

8、力容器筒体部位低周疲劳表面裂纹扩展的研究中。本文针对悬臂弯曲加载方式，选用Newman．Raju公式对其表面裂纹扩展形貌及其扩展速率进行理论计算，分析可能引起的误差原因并加以修正，最后通过试验予以验证。图2切口的形状及尺寸Fig．2Sizeandshapeoft