Page 16 - 理化检验-物理分册2024年第三期

DOI : 10.11973 / lh jy -wl202403002

柔度法测算三点弯曲试样疲劳裂纹长度的影响因素

高宇昊,王 佳,朱官朋,房 坤,翟建飞

( 中国船舶集团有限公司第七二五研究所,洛阳 471023 )

摘 要: 使用柔度法对不同厚度三点弯曲试样的疲劳裂纹长度进行测算, 结合有限元仿真分析
方法, 研究了试样厚度、 柔度函数关系式的适用条件、 材料的弹性模量、 裂纹前缘弯曲程度、 引伸计
标距等因素对柔度法测算裂纹长度准确性的影响。结果表明: 归一化实际裂纹长度不小于 0.3 是
保证柔度法测算结果准确性的必要条件; 用有限元方法模拟平直的贯穿型裂纹, 归一化模拟裂纹长

度不小于 0.3 时, 柔度函数关系式与模拟结果的吻合程度较高; 当试样厚度不大于 40mm 时, 在柔
度函数关系式中使用材料的弹性模量可以获得较为准确的测算结果; 随着试样厚度的增加, 裂纹前
缘圆弧角度增大, 裂纹平直度降低, 导致测算裂纹长度比实际裂纹长度偏小。

关键词: 三点弯曲试样;柔度法;裂纹长度;有限元模拟;疲劳裂纹扩展试验

中图分类号: TB31 ; TG115.5 文献标志码: A 文章编号: 1001-4012 ( 2024 ) 03-0004-06

Factorsaffectin g thecalculationoffati g uecracklen g thinthree- p oint

bendin g s p ecimensusin g theflexibilit ymethod

,
GAOYuhao , WANGJia , ZHUGuan p en g FANGKun , ZHAIJianfei
( Luo y an gShi p MaterialResearchInstitute , Luo y an g471023 , China )

Abstract : Theflexibilit y method wasusedtocalculatethefati g uecracklen g th ofthre e- p ointbendin g

s p ecimenswithdifferentthicknesses.Combinedwiththefiniteelementsimulationanal y sismethod , theinfluenceof

factorssuchass p ecimenthickness , a pp licableconditionsoftheflexibilit yfunctionrelationshi p , materialelastic

modulus , crackfronted g ebendin g de g reeandextensometer g au g elen g thontheaccurac y oftheflexibilit ymethodin

calculatin g cracklen g thwasstudie d.Theresultsshowthatanormalizedactualcracklen g thofnolessthan0.3was

anecessar yconditiontoensuretheaccurac yoftheflexibilit y methodcalculationresults.Whenusin gthefinite

elementmethodtosimulateastrai g htthrou g ht yp ecrackandnormalizin gthesimulatedcracklen g thtobenoless

than0.3 , thecom p liancefunctionrelationshi phadahi g hde g reeofa g reementwiththesimulationresults.Whenthe

thicknessofthes p ecimenwasnotg reaterthan40 mm , usin gtheelasticmodulusofthematerialintheflexibilit y

functionrelationshi p couldobtainamoreaccuratecalculationresult.Asthethicknessofthes p ecimenincreased , the

an g leofthecrackleadin ged g earcincreased , andthecrackflatnessdecreased , resultin ginthecalculatedcrack

len g thbein gsmallerthan theactualcracklen g th.

Ke y words : three- p ointbendin g s p ecimen ; flexibilit ymethod ; cracklen g th ; finiteelementsimulation ; fati g ue

crackp ro p a g ationtest

在疲劳裂纹扩展速率等试验过程中, 采用柔度 厚度; V 为裂纹嘴张开位移; F 为载荷) 和归一化裂
法可以快捷有效地对裂纹长度进行测算, 其基本原 纹长度a / W ( a 为裂纹长度; W 为试样宽度) 可以用
理为: 对于特定形状的标准试样, 由解析法计算出的 某一函数关系来表达。以三点弯曲试样为例, 对应
无量纲弹性柔度 EBV / F ( E 为弹性模量; B 为试样 裂纹嘴张开位移的柔度函数如式( 1 ),( 2 ) 所示。
a 2
W = 0.99975-3.9504 U +2.9821 U -
收稿日期: 2023-05-30
作者简介: 高宇昊( 1989- ), 男, 硕士, 主要从事材料疲劳与断裂 3 4 5 ( 1 )
3.2141U +51.516U -113.03U
测试技术研究工作, q i y e2017@163.com
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