张进等：基于声发射监测的316LN不锈钢的疲劳损伤评价 ·465· (a) b 0.02 0.2 -0.02 -0.2 500 1000 1500 2000 500 1000 1500 2000 时间/μs 时间/as 图5噪声信号(a）和裂纹扩展信号(b)波形 Fig.5 Representative waveforms of noise signal (a)and fatigue crack propagation signal (b) 3.5 a (b) 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 01 0 0.3 0.4 0 0.1 0.2 0.3 0.4 05 频率/MHz 频率/MHz 图6噪声信号(a)和裂纹扩展信号(b)的频谱图 Fig.6 Frequency spectrum of noise signal (a)and fatigue crack propagation signal (b) 2.0 度因子幅度，R是载荷比，则可得到下式： 1.4 一累积幅值 一累积能量 (AK)2 1.2 累积计数 E= (6) 气1 1.5 (1-R)3.ETa 裂纹萌生区 快速扩展区 对上式两边取关于循环次数的导数可以变 0.8 稳态扩展区 形为： 1-E(a02, dE T dN (7) 0.2 式中：dE/dW是声发射能量率，da/dW是疲劳裂纹 06 200004000060000800001000001200000 扩展速率 循环次数 结合式(1)，则声发射能量率dE/dW与应力强 图7累积能量/计数/幅值与疲劳循环次数的关系 度因子幅度△K之间的关系可以用类似于Pais公 Fig.7 Relations of AE cumulative energy,cumulative count,and 式的形式来表达： cumulative amplitude to fatigue cycles E=D (AK)" (8) 裂及裂纹扩展所释放的能量可以表示为： dN J=G.T.a (5) 式中：D=TC/[(1-R)2·E],是由材料性质和实 式中，T是试件厚度，a是裂纹长度，G=K2x/E是 验条件决定的常数，p=m+2. 能量释放率，E是平面应力状态下的杨氏模量. 研究发现声发射计数率和幅值率与应力强度因 假设声发射能量E和疲劳裂纹扩展释放的能 子幅度之间也有类似于Pais公式形式的关系： 量」成正比，能量释放率K=△K是应力强 B(AK) dc (9)张 进等: 基于声发射监测的 316LN 不锈钢的疲劳损伤评价 图 5 噪声信号( a) 和裂纹扩展信号( b) 波形 Fig． 5 Ｒepresentative waveforms of noise signal ( a) and fatigue crack propagation signal ( b) 图 6 噪声信号( a) 和裂纹扩展信号( b) 的频谱图 Fig． 6 Frequency spectrum of noise signal ( a) and fatigue crack propagation signal ( b) 图 7 累积能量/计数/幅值与疲劳循环次数的关系 Fig． 7 Ｒelations of AE cumulative energy，cumulative count，and cumulative amplitude to fatigue cycles 裂及裂纹扩展所释放的能量可以表示为: J = G·T·a ( 5) 式中，T 是试件厚度，a 是裂纹长度，G = K2 max /E* 是 能量释放率，E* 是平面应力状态下的杨氏模量． 假设声发射能量 E 和疲劳裂纹扩展释放的能 量 J 成正比，能量释放率 Kmax = ΔK 1 － Ｒ，ΔK 是应力强 度因子幅度，Ｒ 是载荷比，则可得到下式: E = ( ΔK) 2 ( 1 － Ｒ) 2 ·E* ·T·a ( 6) 对上式两边取关于循环次数的导数可以变 形为: dE dN = T ( 1 － Ｒ) 2 ·E* ·( ΔK) 2 ·da dN ( 7) 式中: dE /dN 是声发射能量率，da /dN 是疲劳裂纹 扩展速率． 结合式( 1) ，则声发射能量率 dE /dN 与应力强 度因子幅度 ΔK 之间的关系可以用类似于 Paris 公 式的形式来表达: dE dN = D ( ΔK) p ( 8) 式中: D = T·C /［( 1 － Ｒ) 2 ·E* ］，是由材料性质和实 验条件决定的常数，p = m + 2． 研究发现声发射计数率和幅值率与应力强度因 子幅度之间也有类似于 Paris 公式形式的关系: dC dN = B ( ΔK) l ( 9) · 564 ·