机械工程材料
MATERIALS FOR MECHANCAL EMGINEERNG
2014年12月第38卷第12期Vol.38No,12Dec.2014
利用铝合金疲劳裂纹扩展速率预测其断裂韧度
严芳芳，李文星
（新乡学院机电工程学院，新乡453000）
摘要：测试了2124铝合金TL与LT取向疲劳裂纹扩展门槛值，提出了用疲劳裂纹失稳扩展阶段最后十个循环中的最大值来估算2124铝合金TL与LT取向的断裂韧度K'c的方法，并将其与Forman公式预测的断裂初度Kc值进行对比。结果表明：K'c与K。值结果相近，误差分散度小；将K'c值代入全范围疲劳裂纹扩展速率表达式中，对2124铝合金TL和LT取向试验数据进
行计算，预测结果与试验结果较好吻合。关键调：断裂韧度；裂纹扩展；估算方法
中图分类号：TG115.5
文献标志码：A
文章编号：1000-3738(2014)12-0105-04
EstimationofAluminiumAlloyFractureToughnessbyFatigueCrackGrowthRate
YAN Fang-fang,LI Wen-xing
(Department of Electromechanical Engineering,College of Xinxiang University . Xinxiang 453000,China)
Abstract: Fatigue crack growth threshold values of 2124 aluminum alloy in TL and LT directions were tested. A method was proposed to estimate fracture toughness K'c of 2124 aluminum alloy in TL and LT directions by the maximum load in last 10 cycles in the instable expansion stage of fatigue cracks, The estimated K'c were compared with fracture toughness Ke predicted using forman formula. The results show that the values of K'c were close to the values of Kc , and the error dispersion was small. Fracture toughness K'c values were brought into the full range fatigue crack growth rate expression to calculate the experiment data of 2124 Al alloy in TL and LT directions, and predicted results were fitted well to the experimental results.
Key words: fracture toughness; crack growth; estimation method
0引言
损伤容限设计要求材料具有较高的断裂韧度（疲劳裂纹扩展的临界应力强度因子）。它是表征含裂纹材料抵抗裂纹扩展能力的一个重要指标，对同种材料而言，断裂韧度是一个常数，是材料的内在属性(1-3]。用标准方法测试材料断裂韧度时，需要预制裂纹，技术复杂，耗时耗力且费用较高[")。随着线弹性断裂力学的发展，以及损伤容限在实际工程中的应用，国内外学者提出了多种断裂韧度估算模型及经验公式[5-7]。
作者用裂纹扩展试验数据和经典的Forman公式来估算铝合金的断裂韧度，并与Forman公式[8] 预测结果进行对比，此方法可为断裂韧度的估算提
收稿日期：2013-08-30；修订日期：2014-08-08
作者简介：严芳芳（1985一），女，河南焦作人，助教，硕士。万方数据
供一种新思路。
试样制备与试验方法 1
1.1试样制备
试样选用经T851处理的2124铝合金板，其主要化学成分（质量分数/%）为4.4Cu，1.5Mg 0.60Mn，余Al。为降低材料不均匀性对试验结果的影响，在铝合金板同一部位的TL和LT取向交叉选取疲劳裂纹扩展试样。试样类型为C(T)试
样，厚度为15mm，宽度为50mm。 1.2试验方法
根据GB/T6398—2000在Instron8801疲劳试验机上对TL和LT取向试样进行裂纹扩展试验和疲劳裂纹扩展门槛值△K。试验，加载波形为正弦波，应力比R分别为0.1，0.3，0.5，0.7。裂纹扩展试验的加载频率为15Hz，而疲劳裂纹扩展门槛值试验加载频率在15～45Hz之间；试验前先预制出
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