耐久性分析中相对小裂纹扩展速率的计算方法技术

本发明专利技术提供的一种耐久性分析中相对小裂纹扩展速率的计算方法，包括：利用da/dN＝Qa

【技术实现步骤摘要】
耐久性分析中相对小裂纹扩展速率的计算方法


[0001]本专利技术涉及疲劳试验的
，特别是涉及耐久性分析中相对小裂纹扩展速率的计算方法。

技术介绍

[0002]概率断裂力学方法是一种有效的耐久性分析方法，该方法基于描述结构原始疲劳质量的当量初始缺陷尺寸(EIFS)分布给出损伤度随时间变化的函数关系，进而依据指定的损伤度要求预测结构的经济寿命，因而备受关注。在该方法中，原始疲劳质量和使用期裂纹扩展控制曲线(SCGMC)的确定都基于结构细节相对小裂纹扩展速率公式的建立，因此相对小裂纹扩展速率公式的研究非常重要。
[0003]按几何尺寸不同，疲劳裂纹可分为小裂纹和长裂纹，一般而言，小裂纹是指裂纹长度小于几百微米的裂纹，而长裂纹则是指长于 2mm的裂纹。结构耐久性分析对应的裂纹长度往往是小于等于工程可检裂纹尺寸的裂纹，其长度一般在0.1-1.2mm范围，通常称为相对小裂纹。
[0004]Yang J N在进行飞机结构耐久性分析时，首次采用式(1)描述相对小裂纹扩展速率，并采用该式确定EIFS分布。Gallagher J P等人基于角裂纹扩展行数据分析，验证了式(1)的有效性。Hoeppner D W
[14]通过对大量裂纹扩展模型的对比分析，也指出了式(1)的有效性。
[0005]da/dN＝Qa
b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0006]该公式在概率断裂力学方法中具有非常重要的作用，尽管大量的试验数据已经证明了式(1)的有效性，但仍存在如下问题：
[0007]1)该公式的适用范围不明确，相对小裂纹尺寸范围与细节几何尺寸有关，而目前缺乏统一的标准明确该范围；
[0008]2)式(1)中参数的确定必须基于大量的耐久性试验，与试验的具体情况有关。

技术实现思路

[0009](一)要解决的技术问题
[0010]本专利技术的目的是提供耐久性分析中相对小裂纹扩展速率的计算方法，以解决上文提到的问题。
[0011](二)技术方案
[0012]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种耐久性分析中相对小裂纹扩展速率的计算方法，其包括：
[0013]利用da/dN＝Qa
b
计算相对小裂纹扩展速率，其中，a为裂纹长度，N为应力循环次数， R为应力比，σ为峰值应力，Y为应力强度因子修正系数，C、n为用 Paris公式表征的裂纹稳定扩展段的扩展参
数。
[0014]在一些实施例中，优选为，在所述利用da/dN＝Qa
b
计算相对小裂纹扩展速率之前，所述耐久性分析中相对小裂纹扩展速率的计算方法还包括：
[0015]利用应力强度因子近似解确定相对小裂纹尺寸上界a
u
；
[0016]当a＜a
u
时，利用da/dN＝Qa
b
计算相对小裂纹扩展速率。
[0017]在一些实施例中，优选为，所述a
u
的确定方法包括：基于应力强度因子近似解模拟裂纹扩展并获得a-Y曲线，按工程许用误差
±
5％确定a
u
和Y0。
[0018]在一些实施例中，优选为，在耐久性实验中，裂纹萌生位置、双边裂纹扩展与单边裂纹扩展是随机的，双边裂纹中以较长裂纹为主裂纹并进行分析。
[0019]在一些实施例中，优选为，所述耐久性分析中相对小裂纹扩展速率的计算方法还包括：利用同种试件同一应力水平下的da/dN-a
n/2
数据线性拟合的斜率与Q的计算公式进行重合性验证。
[0020]在一些实施例中，优选为，所述线性拟合的斜率的求取方式为：
[0021]预设耐久性试验中，同种试件同一应力水平下的Q服从对数正态分布，令X＝lgQ，则X的概率密度函数为其中μ,σ分别为X的期望与标准差，相关参数求取方式为：
[0022]其中将Q
50
视为所述同种试件同一应力水平下的da/dN-a
n/2
数据线性拟合的斜率。
[0023]在一些实施例中，优选为，所述重合性验证包括：
[0024]基于裂纹扩展分析软件模拟预设情况下的裂纹扩展，所述预设情况包括：(1)单边裂纹、(2)双边对称裂纹、(3)位置不对称但初始长度相同的双边裂纹、(4)初始裂纹尺寸不相同，位置对称的双边裂纹以裂纹较长侧为主裂纹；使用割线法或修正的割线法获得裂纹扩展速率da/dN；对a＜a
u
范围内的da/dN-a
n/2
数据进行线性拟合，将斜率与Q 对比，并计算误差，当所述误差在许可范围内，则验证结果为合理。
[0025](三)有益效果
[0026]本专利技术提供的一种耐久性分析中相对小裂纹扩展速率的计算方法，包括：利用da/dN＝Qa
b
计算相对小裂纹扩展速率，其中，a为裂纹长度，N为应力循环次数， R为应力比，σ为峰值应力，Y为修正系数，C、n为用Paris公式表征的裂纹稳定扩展段的扩展参数。基于应力强度因子近似解确定相对小裂纹尺寸a
u
，当裂纹尺
寸小于a
u
时定义为相对小裂纹尺寸范围，基于该标准利用上述公式计算裂纹扩展速率，操作方便。
附图说明
[0027]图1为本专利技术一个实施例中耐久性分析中相对小裂纹扩展速率的计算方法示例步骤图；
[0028]图2(a)为基于应力强度因子近似解的裂纹扩展分析的a-Y曲线；
[0029]图2(b)为基于应力强度因子近似解的裂纹扩展分析的da/dN-a
n/2
曲线；
[0030]图3(a)为基于FRANC3D的单边裂纹扩展的da/dN-a
n/2
曲线；
[0031]图3(b)为基于FRANC3D的双边裂纹扩展的da/dN-a
n/2
曲线；
[0032]图3(c)为基于FRANC3D的双边初始裂纹位置不对称的裂纹扩展的da/dN-a
n/2
曲线；
[0033]图3(d)为基于FRANC3D的双边初始裂纹尺寸不相同(0.1mm
-ꢀ
0.05mm)的裂纹扩展的da/dN-a
n/2
曲线；
[0034]图3(e)为基于FRANC3D的双边初始裂纹尺寸不相同(0.2mm
-ꢀ
0.02mm)的裂纹扩展的da/dN-a
n/2
曲线；
[0035]图4为试件尺寸示意图；
[0036]图5(a)为AL-1类试件的da/dN-a
1.566
曲线；
[0037]图5(b)为AL-2类试件的da/dN-a
1.566
曲线；
[0038]图5(c)为AL-3类试件98MPa下的da/dN-a
1.566
曲线；
[0039]图5(d)为AL本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐久性分析中相对小裂纹扩展速率的计算方法，其特征在于，包括：利用da/dN＝Qa
b
计算相对小裂纹扩展速率，其中，a为裂纹长度，N为应力循环次数，R为应力比，σ为峰值应力，Y为应力强度因子修正系数，C、n为用Paris公式表征的裂纹稳定扩展段的扩展参数。2.根据权利要求1所述的耐久性分析中相对小裂纹扩展速率的计算方法，其特征在于，在所述利用da/dN＝Qa
b
计算相对小裂纹扩展速率之前，所述耐久性分析中相对小裂纹扩展速率的计算方法还包括：利用应力强度因子近似解确定相对小裂纹尺寸上界a
u
；当a＜a
u
时，利用da/dN＝Qa
b
计算相对小裂纹扩展速率。3.根据权利要求2所述的耐久性分析中相对小裂纹扩展速率的计算方法，其特征在于，所述a
u
的确定方法包括：基于应力强度因子近似解模拟裂纹扩展并获得a-Y曲线，按工程许用误差
±
5％确定a
u
和Y0。4.根据权利要求1所述的耐久性分析中相对小裂纹扩展速率的计算方法，其特征在于，在耐久性实验中，裂纹萌生位置、双边裂纹扩展与单边裂纹扩展是随机的，双边裂纹中以较长裂纹为主裂纹并进行分析。5.根据权利要求1-4任一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺小帆，左冉东，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：