第二章ADB610钢疲劳裂纹扩展速率试验
由于疲劳破坏是零构件最常见的失效形式之一，影响疲劳强度的因素很多，即使是现在最先进的最精确的疲劳设计和疲劳分析方法也不可能把影响疲劳强度的所有因素都考虑进去。材料的疲劳裂纹扩展性能参数是不可能通过相关的理论来确定的，大多数研究者都直接采用试验的方法来研究疲劳裂纹扩展速率的规律以及相关的材料参数等。由于材料在裂纹尖端的微细观组织和结构的不均勻性、疲劳载荷的随机波动性、构件的几何尺寸也存在公差范围内的偏差、实验室条件严格控制的条件下，疲劳裂纹扩展仍旧表现出统计不确定性，而试验数据的可靠性直接影响到研究疲劳裂纹扩展规律的正确性，因此应用合理的试验技术和方法是提高试验效率和准确性的关键。严格按照国家标准GB6398-2000来对新型燥接无裂纹低碳贝氏体ADB610钢进行疲劳裂纹扩展试验。本文所进行的试验都是在MTS810Teststar材料试验系统上完成的。本章主要介绍试验材料、试验材料拉伸试验、C(T)试样制备、疲劳裂纹扩展速率试验方法和疲劳裂纹扩展速率试验结果。
2.1试验设备
本文所做的试验都是采用MTS810Teststar材料试验系统，如图2.1所示。本章利用该系统进行ADB610钢拉伸试验、ADB610钢疲劳裂纹扩展速率试验。该试验系统是计算机自动控制和全软件驱动，自动化程度高，可进试验中参数进行预置、自动控制、COD规自动测量裂纹长度、数据处理等。试验系统的最大加载力：lOOkN,疲劳试验频率：75Hz。
2.2材料的基本性能试
验按照国家标准GB6398-2000要求在进行疲劳裂纹扩展试验之前，需要平面尺寸在试验力下保持弹性占优势，厚度足以防止屈曲，所以在进行金属材料疲劳裂纹扩展速率试验前要对材料的力学性能进行确定是非常必要的。
第三章ADB610钢疲劳裂纹扩展速率研究
疲劳裂纹扩展速率是一些工程零构件疲劳损伤容限设计的重要依据，疲劳设计时常要考虑其对构件的影响[2]。由于所有的工程材料中总是含有缺陷的，并且某一构件中存在裂纹未必会失效，故研究预先存在的缺陷或裂纹的构件或材料是很有研究价值的。通常情况下，在低于屈服强度的应力作用时，材料一般是不会发生机械破坏的，在低于屈服强度的循环载荷作用下，若材料存有裂纹、夹杂物或是几何形状突然的变化，此时材料的局部应力可能会超过其屈服强度，那么就会出现裂纹萌生和扩展的现象。疲劳裂纹一旦形成，就会按照被控制的状态向前移动，而裂纹扩展速率主要取决于循环应力或应变幅值、材料的特性、几何外形及环境条件。为了在确保在使用的过程中不会因裂纹扩展的出现而造成灾难性的事故，因此我们需要知道材料的裂纹扩展速率，为工程设计和研究提供参考。本章主要介绍疲劳裂纹扩展速率的相关理论、a-N曲线拟合和疲劳裂纹扩展速率确定。对上述的计算过程采用MATLAB编程来实现，程序见附录B。
3.1疲劳裂纹扩展速率的基本理论
3.1.1疲劳裂纹扩展的基本形式
带有裂纹的构件，根据外加应力与裂纹扩展面的取向关系，裂纹扩展主要有三种基本形式：张开型、滑幵型和撕幵型，如图3.1所示。
第三章ADB610钢疲劳裂纹扩展速率...................17
3.1疲劳裂纹扩展速率的基本..................17
3.1.1疲劳裂纹扩展的基本..................17
3.1.2疲劳裂纹扩展速率的..................18
3.1.3疲劳影响裂纹扩展速率的..................20
3.2 曲线拟合..................23
3.2.1常用的a-TV曲线拟合法..................25
3.3疲劳裂纹扩展速率..................26
第四章ADB610钢Paris表达式中C、m..................35
4.1统计分布模型研究..................35
4.2ADB610钢Paris表达式中..................42
4.3ADB610钢Paris表达式中lgC统计分布..................43
4.4ADB610钢Paris表达式中m统计分布..................49
第五草ADB610钢Paris表达式中C、m置信区间..................57
5.1 ADB610钢Paris表达式中C、m对比..................57
第八章结论与展望
8.1总结
ADB610钢的抗拉强度为600Mpa，釆用微合金控扎控冷工艺生产，是新一代煙接无裂纹低碳贝氏体钢，被誉为当今的“绿色钢材”。该钢填补国内该级别钢材的空白，现已广泛的应用在各个行业上。因此研究ADB610钢的疲劳裂纹扩展有重要的工程现实价值。论文的主要工作和成果如下：
(1)对ADB610钢进行拉伸试验的基础上进行疲劳裂纹扩展试验，得到ADB610钢的疲劳裂纹长度、疲劳裂纹扩展寿命和应力强度因子等相关数据。考虑到试验原始数据的分散性，采用七点递增多项式局部拟合法来对疲劳裂纹扩展长度和疲劳裂纹扩展寿命的原始数据进行曲线拟合。
(2)通过七点递增多项式法和割线法来确定ADB610钢的疲劳裂纹扩展速率，用Paris表达式来描述ADB610钢的疲劳裂纹扩展速率模型。对Paris表达式取常对数后，采用最小二乘法进行回归拟合求解Paris表达式中C、m,得到基于前面两种方法下ADB610钢的疲劳裂纹扩展速率Paris表达式。
(3)对七点递增多项式法和割线法得出ADB610钢Paris表达式中C、m进行统计分布模型研究，因C值较小，采用IgC带替代研究。得出两种方法下Paris公式中IgC、m拟合最好的的分布模型都是正态分布。从两种方法得出的IgC、m相差不大，故需对比检验其有无显著性差异。因都服从正态分布，故采用F检验法、t检验法，得出二种方法得出的IgC、m均无显著性差异。由国家标准GB6398-2000中降K试验中的每次循环自动连续降低的，推荐采用七点递增多项式拟合法确定疲劳裂纹速率，则釆用七点递增多项式来确定ADB610钢的Paris表达式。在七点递增多项式法下ADB610钢Paris表达式中IgC、m的统计分布拟合最好的分布类型是正态分布的基础上分别得到ADB610钢Paris表达式中IgC、m的置信水平为95%的均值置信区间和方差C7置信区间。
参考文献
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