预测深矩形缺口试样低周疲劳寿命新方法

工程应用领域中含缺口部件已成为广受关注的重要构件类型。本文设计了一种新的具有深矩形缺口的圆棒试样，通过实验与数值模拟相结合的研究方法，探究了其低周疲劳行为，并构建了基于缺口形状的寿命预测新方法。基于试验对光滑和缺口试样低周疲劳力学行为进行了测定和对比，缺口试样表现出快速的循环软化及更低的疲劳寿命，缺口试样的裂纹萌生源都集中在深矩形缺口的长边上，且表现为多点萌生。寿命预测是基于传统的临界距离理论，进行了相应的修改以适配本工作中的缺口疲劳。采用有限元模拟计算软件Abaqus，通过在剩余厚度上的全场应力函数积分，再叠加上全缺口厚度上的分层应力路径，得到了适用于缺口试样的等效应力值，并基于等效应力得到预测寿命。最后，文章还探索了疲劳过程区特征参数与缺口尺寸之间的关系，有助于对具有不同尺寸缺口试样的低周疲劳寿命进行预测。图1 本文中涉及到的缺口试样、断口形貌以及有限元模拟下的应力场云图相关内容以 “New approach to low-cycle fatigue lifetime prediction for deep-rectangular notched components with finite residual thickness: Experiment and simulation”为题发表在国际疲劳杂志《International Journal of Fatigue》第186期。