材料疲勞裂紋擴(kuò)展（Fatigue crack propagation,FCP）速率是表征材料抗疲勞破壞的重要力學(xué)性能指標(biāo),是對核反應(yīng)堆工程、化工、航空、航天、高鐵等關(guān)鍵工程進(jìn)行結(jié)構(gòu)完整性評價的重要依據(jù)。采用Arcan試樣對30Cr2Ni4MoV轉(zhuǎn)子鋼的Ⅱ型裂紋疲勞擴(kuò)展行為進(jìn)行研究,結(jié)合已有裂紋擴(kuò)展方向預(yù)測準(zhǔn)則對Ⅱ型裂紋疲勞擴(kuò)展方向進(jìn)行預(yù)測,結(jié)果表明,最大周向應(yīng)力準(zhǔn)則可以較好地預(yù)測Ⅱ型裂紋疲勞擴(kuò)展方向。采用緊湊拉伸（Compact tension,CT）試樣獲取30Cr2Ni4MoV轉(zhuǎn)子鋼的I型裂紋疲勞擴(kuò)展速率,對比I型裂紋和Ⅱ型裂紋的疲勞擴(kuò)展試驗獲得的FCP速率與J積分范圍關(guān)系趨勢,二者較為接近。針對30Cr2Ni4MoV轉(zhuǎn)子鋼,依據(jù)Arcan試樣獲得的Ⅱ型裂紋疲勞擴(kuò)展速率試驗結(jié)果可用于結(jié)構(gòu)裂紋擴(kuò)展剩余壽命的預(yù)測。 

【文章來源】：機(jī)械工程學(xué)報. 2020,56(20)北大核心

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

30Cr2Ni4MoV鋼單軸拉伸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線

月2020年10月祁爽等：30Cr2Ni4MoV轉(zhuǎn)子鋼II型裂紋的疲勞擴(kuò)展行為89均發(fā)生偏折擴(kuò)展，且擴(kuò)展方向與初始裂紋面間夾角約為70.5°而并未實現(xiàn)II型裂紋擴(kuò)展，同時從理論上證明該現(xiàn)象的合理性。POOK等[2]針對低碳鋼材料，采用含裂紋薄壁圓筒試樣通過共振扭轉(zhuǎn)疲勞機(jī)在30Hz頻率下進(jìn)行疲勞試驗，發(fā)現(xiàn)薄壁圓筒試樣在疲勞載荷下會發(fā)生屈曲而對FCP速率產(chǎn)生影響。圖1II型裂紋擴(kuò)展試樣ROBERTS等[3]利用圖2所示的試驗裝置對2024-T3材料的中心裂紋板試樣施加I型靜載和II型循環(huán)載荷，以實現(xiàn)該條件下裂紋的疲勞擴(kuò)展。圖2II型裂紋疲勞擴(kuò)展試驗裝置LIU等[4-5]針對2024-T3和7075-T7651兩種鋁合金材料的中心45°斜裂紋板試樣，設(shè)計了圖3[4-5]所示“畫框”式夾具來完成II型斷裂試驗。TOOR[6]也采用該種類型夾具實現(xiàn)I-II型裂紋擴(kuò)展。JONES等[7]針對2024-T4鋁合金材料，采用圖4所示雙邊裂紋緊湊剪切試樣，對II型裂紋斷裂性能進(jìn)行試驗研究，結(jié)果表明II型裂紋臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子(Stressintensityfactor，SIF)較I型裂紋臨界SIF大5%。HOYNIAK等[8]對試驗結(jié)果進(jìn)行有限元分析，結(jié)果表明II型裂紋臨界SIF較I型裂紋臨界SIF大44%，采用2024-T4鋁合金材料的雙邊裂紋緊湊剪切試樣，對II型裂紋疲勞萌生進(jìn)行研究，觀測到裂紋有偏折擴(kuò)展趨勢。圖3“畫框”式夾具加載示意圖4雙邊裂紋緊湊剪切試樣POOK等[9]試圖對純II型循環(huán)位移加載下低碳鋼雙邊裂紋緊湊剪切試樣的FCPII驅(qū)動力門檻值進(jìn)行研究，但最終發(fā)現(xiàn)很難實現(xiàn)FCPII，因為裂紋擴(kuò)展方向總會

月2020年10月祁爽等：30Cr2Ni4MoV轉(zhuǎn)子鋼II型裂紋的疲勞擴(kuò)展行為89均發(fā)生偏折擴(kuò)展，且擴(kuò)展方向與初始裂紋面間夾角約為70.5°而并未實現(xiàn)II型裂紋擴(kuò)展，同時從理論上證明該現(xiàn)象的合理性。POOK等[2]針對低碳鋼材料，采用含裂紋薄壁圓筒試樣通過共振扭轉(zhuǎn)疲勞機(jī)在30Hz頻率下進(jìn)行疲勞試驗，發(fā)現(xiàn)薄壁圓筒試樣在疲勞載荷下會發(fā)生屈曲而對FCP速率產(chǎn)生影響。圖1II型裂紋擴(kuò)展試樣ROBERTS等[3]利用圖2所示的試驗裝置對2024-T3材料的中心裂紋板試樣施加I型靜載和II型循環(huán)載荷，以實現(xiàn)該條件下裂紋的疲勞擴(kuò)展。圖2II型裂紋疲勞擴(kuò)展試驗裝置LIU等[4-5]針對2024-T3和7075-T7651兩種鋁合金材料的中心45°斜裂紋板試樣，設(shè)計了圖3[4-5]所示“畫框”式夾具來完成II型斷裂試驗。TOOR[6]也采用該種類型夾具實現(xiàn)I-II型裂紋擴(kuò)展。JONES等[7]針對2024-T4鋁合金材料，采用圖4所示雙邊裂紋緊湊剪切試樣，對II型裂紋斷裂性能進(jìn)行試驗研究，結(jié)果表明II型裂紋臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子(Stressintensityfactor，SIF)較I型裂紋臨界SIF大5%。HOYNIAK等[8]對試驗結(jié)果進(jìn)行有限元分析，結(jié)果表明II型裂紋臨界SIF較I型裂紋臨界SIF大44%，采用2024-T4鋁合金材料的雙邊裂紋緊湊剪切試樣，對II型裂紋疲勞萌生進(jìn)行研究，觀測到裂紋有偏折擴(kuò)展趨勢。圖3“畫框”式夾具加載示意圖4雙邊裂紋緊湊剪切試樣POOK等[9]試圖對純II型循環(huán)位移加載下低碳鋼雙邊裂紋緊湊剪切試樣的FCPII驅(qū)動力門檻值進(jìn)行研究，但最終發(fā)現(xiàn)很難實現(xiàn)FCPII，因為裂紋擴(kuò)展方向總會


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