基于循环塑性损伤的低周疲劳裂纹扩展预测模型

本文档主要探讨了一种创新的材料裂纹扩展行为预测模型，特别是在考虑循环载荷下的应变循环损伤。研究者们结合Manson-Coffin经验关系，将循环塑性区内的材料塑性应变幅值作为衡量单位平均损伤的指标。这个模型进一步应用Miner疲劳线性累积损伤理论，通过确定裂尖扩展方向的循环塑性区尺寸来定义裂纹裂尖的单位扩展量，从而预测低周疲劳损伤导致的I型裂纹扩展速率。 模型的核心思想是将循环载荷下的塑性应变行为与裂纹扩展过程中的损伤积累相结合，提供了具有明确物理意义的参数，无需人工调整。论文以Cr2Ni2MoV和X12CrMoWVNbN10-1-1两种转子材料的低周疲劳试验结果为例，验证了新模型在实际应用中的准确性，结果显示模型能够有效地预测这两种材料的裂纹扩展速率，与试验结果有良好的一致性。 此外，作者还利用了相关文献中提供的六种不同材料的低周疲劳性能数据进行了进一步的模型验证，证明了新模型对于裂纹扩展速率预测的广泛适用性。这项工作对于理解材料在复杂工况下的疲劳行为，优化结构设计，以及提高材料的使用寿命具有重要的工程价值。 该研究涉及的关键知识点包括： 1. **循环载荷下的裂尖循环弹塑性应力应变场分析**：这是理解材料在反复载荷作用下局部应力状态的基础，对于评估裂纹扩展的临界条件至关重要。 2. **Manson-Coffin经验关系**：这是一种常用的估算材料在循环载荷下疲劳损伤的方法，通过塑性应变幅值来量化损伤。 3. **Mi ner疲劳线性累积损伤理论**：一种基于累计损伤的疲劳寿命预测方法，通过裂尖扩展的量度来估计疲劳裂纹的发展速度。 4. **低周疲劳损伤预测模型**：本文提出的新模型将上述理论和实践经验结合起来，形成了一种实用的裂纹扩展速率预测工具。 5. **材料的选择与测试**：Cr2Ni2MoV和X12CrMoWVNbN10-1-1材料的案例展示了模型的实际效果，以及如何通过实验数据来检验模型的准确性。 6. **广泛应用**：模型的验证不仅限于这两类材料，而是扩展到其他六种材料，显示了其广泛的通用性和实用性。 这篇论文的研究成果对于材料科学、机械工程等领域工程师以及材料性能分析师具有重要的参考价值。