。60* 工程科学学报，第37卷，第1期 范围为W20≤t≤W/4,对于α≥0.2时式(1)有效， 10- 当a<0.2时式（①）计算的应力强度因子存在一定的 误差.本试验所用的试样经预制疲劳裂纹后，≥ 0.2均成立. 10 2.1恒幅载荷裂纹扩展 图5是材料在不同载荷比下的疲劳裂纹扩展速率 da/dW与应力强度因子范围△K的对数关系曲线，试 0 ■R-0.1 ·R=0.3 验的主要结果如表2所示.从图5中可以看到，在同 AR=0.5 一△K下，载荷比R越高，da/dW越大.表明对于恒幅 R=0.7 载荷的裂纹扩展行为，裂纹扩展速率da/dN不仅与应 12 16202428323640 力强度因子范围△K有关，还与最大应力强度因子K 应力强度因子范围，△K(MP阳·m吟 有关.MPam' 图5恒幅载荷下的裂纹扩展试验 载荷比对疲劳裂纹扩展影响的实质主要集中于平 Fig.5 Crack growth experiments with constant-amplitude loading 均应力和裂纹闭合效应两个方面.载荷比R越高，材 料受到的平均应力越大，裂纹尖端受到应力集中越严 2.2变幅载荷裂纹扩展 重且不易释放，裂纹越容易扩展.Foth等通过有限 引入单峰过载的疲劳裂纹扩展行为如图6，主要 元方法对7075-73铝合金的研究发现，载荷比R较 结果如表3所示.引入过载后，da/dN瞬间有稍微的 小时，裂纹尖端存在闭合现象，而随着R的增加，裂纹 增大，即裂纹加速扩展，随后da/dN开始快速下降到 某一最小值，然后缓慢地上升，最后到达稳定裂纹扩展 闭合逐渐削弱以致消失，因此da/dW增大.Z3CN20- 阶段.相对于裂纹减速扩展阶段，裂纹加速扩展距离 09M铸造奥氏体不锈钢的延伸率达到53.1%，低载荷 比裂纹扩展下，裂纹尖端产生的塑性区会使裂纹闭合， 是很小的，因此单个拉伸过载降低了后续的疲劳裂纹 导致da/dN的降低. 扩展速率，延长了材料的寿命.Wheatley等对316L 10 10- 一。一过载前 ·一过载后 一Wheeler模型预测 10 12 14 1618202224262830 应力强度因子范围.△K/MPa·m妈 (b) 10 10 10 10- 10 ■一过载前 。一过载前 ·一过载后 。一过载后 一Wheeler模型预测 一Wheeler模型预测 0 12 1416 18202224262830 10- 12 14 1618202224262830 应力强度因子范围，△/(MPa·m吟 应力强度因子范围，△KMPa·m内 图6单峰过载下的裂纹扩展行为.(a)1.5倍过载：(b)2倍过载：(c)2.5倍过载 Fig.6 Crack growth behavior with overload:(a)1.5 times overload:(b)2 times overload:(e)2.5 times overload工程科学学报，第 37 卷，第 1 期 范围为 W /20≤t≤W /4，对于 α≥0. 2 时式( 1) 有效， 当 a ＜ 0. 2 时式( l) 计算的应力强度因子存在一定的 误 差． 本 试 验 所 用 的 试 样 经 预 制 疲 劳 裂 纹 后，α≥ 0. 2 均成立． 图 6 单峰过载下的裂纹扩展行为． ( a) 1. 5 倍过载; ( b) 2 倍过载; ( c) 2. 5 倍过载 Fig． 6 Crack growth behavior with overload: ( a) 1. 5 times overload; ( b) 2 times overload; ( c) 2. 5 times overload 2. 1 恒幅载荷裂纹扩展 图 5 是材料在不同载荷比下的疲劳裂纹扩展速率 da / dN 与应力强度因子范围 ΔK 的对数关系曲线，试 验的主要结果如表 2 所示． 从图 5 中可以看到，在同 一 ΔK 下，载荷比 Ｒ 越高，da / dN 越大． 表明对于恒幅 载荷的裂纹扩展行为，裂纹扩展速率 da / dN 不仅与应 力强度因子范围 ΔK 有关，还与最大应力强度因子 Kmax 有关． MPa·m1 /2 ． 载荷比对疲劳裂纹扩展影响的实质主要集中于平 均应力和裂纹闭合效应两个方面． 载荷比 Ｒ 越高，材 料受到的平均应力越大，裂纹尖端受到应力集中越严 重且不易释放，裂纹越容易扩展． Forth 等［14］通过有限 元方法对 7075--T73 铝合金的研究发现，载荷比 Ｒ 较 小时，裂纹尖端存在闭合现象，而随着 Ｒ 的增加，裂纹 闭合逐渐削弱以致消失，因此 da / dN 增大． Z3CN20-- 09M 铸造奥氏体不锈钢的延伸率达到 53. 1% ，低载荷 比裂纹扩展下，裂纹尖端产生的塑性区会使裂纹闭合， 导致 da / dN 的降低． 图 5 恒幅载荷下的裂纹扩展试验 Fig． 5 Crack growth experiments with constant-amplitude loading 2. 2 变幅载荷裂纹扩展 引入单峰过载的疲劳裂纹扩展行为如图 6，主要 结果如表 3 所示． 引入过载后，da / dN 瞬间有稍微的 增大，即裂纹加速扩展，随后 da / dN 开始快速下降到 某一最小值，然后缓慢地上升，最后到达稳定裂纹扩展 阶段． 相对于裂纹减速扩展阶段，裂纹加速扩展距离 是很小的，因此单个拉伸过载降低了后续的疲劳裂纹 扩展速率，延长了材料的寿命． Wheatley 等［15］对 316 L · 06 ·