一种耳片连接件疲劳裂纹扩展的试验分析方法

摘要

本发明涉及一种耳片连接件疲劳裂纹扩展的试验分析方法，技术特征在于：将试验耳片的安装在试验机上，然后在耳片上加载制造疲劳裂纹，采用直耳片受纵向拉载、直耳片受小于45°斜载、对称斜耳片受纵向拉载、对称斜耳片受小于45°斜载、非对称斜耳片受纵向拉载、非对称斜耳片受小于45°斜载的应力强度因子求得相应的ΔK，以lg(da/dN-lg(ΔK)线的斜率为Paris公式中的常数n，直线与y轴截距即为Paris公式中的常数C，得到应力比R时耳片的Paris式；根据得到的Paris公式估算耳片疲劳裂纹扩展寿命NC。本发明适用性广，对于研究各种受载条件下的耳片孔边疲劳裂纹扩展特性有一定的指导作用。

主权项

1.一种耳片连接件受轴向拉载疲劳裂纹扩展的试验分析方法，其特征在于步骤如下：步骤1试验耳片的安装：步骤(a)在耳片一端的孔边沿径向加工出深1mm的穿透缺口，其方向垂直于载荷方向；沿载荷方向将缺口末端的耳片表面打磨光滑；步骤(b)：将耳片缺口端通过螺栓与裂纹端夹具(1)的叉耳相连接，另一端与无裂纹端夹具(2)的叉耳连接步骤(c)：用试验机下夹头夹住裂纹端夹具(1)的端部，试验机的上夹头夹住无裂纹端夹具(2)的端部，并保证两个夹头的对中线与裂纹端夹具(1)和无裂纹端夹具(2)端部的中线重合；步骤2利用试验机在耳片上加载制造疲劳裂纹：步骤(a)：预制疲劳裂纹的载荷为等幅谱，正弦波形，载荷峰值采用0.1[P]_n，当耳片缺口部位出现0.4mm～0.8mm的初始穿透裂纹即停止预制疲劳裂纹；步骤(b)：疲劳裂纹扩展试验的加载频率为5Hz，正弦波形；载荷峰值为0.15[P]_n，每隔1000～3000次将频率降1Hz，得到每次裂纹长度a和与对应的载荷循环数N；所述的[P]_n为按截面静力学断裂估计的破坏载荷；[P]_n＝[P]_ult(1-0.5ε-0.5ε²)，其中：[P]_ult为无裂纹时的破坏载荷，ε是无量纲裂纹长度；所述的ε＝a/t，其中：a为裂纹长度，t为耳片厚度；所述的[P]_ult＝K₀σ_bF，其中：K₀为耳片受轴向拉伸载荷时的效率系数，可由《螺栓和耳片强度分析手册》图2-7至2-12查得，σ_b为耳片材料的抗拉强度，F为沿孔中心的净面积；所述的F＝2(r₂-r₁)t，其中：r₂为耳孔外径，r₁为耳孔内径；步骤3：对a-N数据进行“7点法”光滑处理，得到拟合后的裂纹长度及对应的裂纹扩展速率da/dN_i；计算每次裂纹长度下应力强度因子幅值ΔK，将lg(da/dN)为纵坐标，lg(ΔK)为横坐标，通过最小二乘法拟合直线，可以绘制出疲劳裂纹扩展速率线，即lg(da/dN)-lg(ΔK)线；其中：F为综合修正因子，Δσ为疲劳载荷峰值下的σ值与疲劳载荷谷值下的σ之差，σ为名义应力P为制造该次裂纹的载荷，c为耳环宽度；步骤4：以lg(da/dN)-lg(ΔK)线的斜率为Paris公式中的常数n，直线与y轴截距即为Paris公式中的常数C，得到当前应力比耳片的Paris式；步骤5：根据得到的Paris公式估算耳片疲劳裂纹扩展寿命N_c：当n≠2时：$N_c={\int }_0^{N_c}\mathrm{dN}=\frac{1}{(1-\frac{n}{2})C_1{\left(\mathrm{\Delta \sigma }\right)}^n}(a_c^{1-\frac{n}{2}}-a_0^{1-\frac{n}{2}});$当n＝2时：$N_c=\frac{1}{C_1{\left(\mathrm{\Delta \sigma }\right)}^2}\ln \frac{a_c}{a_0};$其中：a_c为耳片破坏的临界裂纹长度，a₀为初始裂纹长度，