[科普中国]-疲劳裂纹扩展速率

定义

疲劳裂纹扩展速率da/dN，是在疲劳载荷作用下，裂纹长度a随循环周次N的变化率，反映裂纹扩展的快慢。

疲劳载荷：在工程上引起的疲劳破坏的应力或应变有时呈周期性变化，有时是随机的。1

疲劳裂纹：某些材料在连续交变应力作用下，会在其表面逐渐生成裂纹，并随着作用时间而逐渐向纵深发展。使裂纹打一展，试件的力学性能下降，最终导致完全断裂。应该指出，有些材料耐初始裂纹生长的性能很好，但一旦生成却发展很快。而另一些材料就正好相反。

测定方法曲线测定方法利用带有预制疲劳裂纹的标准试样，在给定载荷条件下进行恒幅疲劳裂纹扩展实验，记录裂纹扩展过程中的尺寸a和循环次数N，即可得到如下图1所示的a~N曲线。a~N 曲线给出了裂纹长度随载荷循环次数的变化。

图1中示出了应力比R=0时，三种不同恒幅载荷Ds作用下的a~N曲线。a~N曲线的斜率，就是裂纹扩展速率da/dN。注意到裂尖应力强度因子 ， 是几何修正因子。

则由图1中a~N曲线可知，对于给定的a，循环应力幅 增大，即 增大，则曲线斜率da/dN增大。对于给定的，裂纹长度a增大，即增大，则曲线斜率da/dN增大。

故裂纹扩展速率da/dN的控制参量是应力强度因子幅度。

由a~N曲线中任一裂纹尺寸 处的斜率，即可知其扩展速率(da/dN)i，同时，由已知载荷和，还可以计算相应的 。这样就由a~N曲线得到了一组，[，(da/dN)i]数据，进而可绘出 曲线。2

关系曲线曲线在双对数坐标中画出的曲线，如右图2所示。图中 曲线可分为低、中、高速率三个区域：

1区是低速率区。该区域内，随着应力强度因子幅度 的降低，裂纹扩展速率迅速下降。到某一下限值时，裂纹扩展速率趋近于零(da/dN