CN112179765A - 基于ct试件的疲劳寿命预测方法 - Google Patents

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CN112179765A CN202010519603.8A CN202010519603A CN112179765A CN 112179765 A CN112179765 A CN 112179765A CN 202010519603 A CN202010519603 A CN 202010519603A CN 112179765 A CN112179765 A CN 112179765A
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Abstract

本公开涉及疲劳寿命预测技术领域，尤其涉及一种基于CT试件的疲劳寿命预测方法。该疲劳寿命预测方法包括：利用CT试件的断裂韧度和Kmax‑a曲线，推导出CT试件的临界裂纹长度；对CT试件进行疲劳试验，以确定出CT试件的
Figure DDA0002531486030000011
曲线和当量初始裂纹长度；结合Kmax‑a曲线和CT试件的裂纹尖端塑性区域尺寸，计算出CT试件中裂纹长度的修正参数；利用修正参数对临界裂纹长度、当量初始裂纹长度和
Figure DDA0002531486030000012
曲线的斜率进行修正，以得到CT试件的临界裂纹修正长度、当量初始裂纹修正长度和
Figure DDA0002531486030000013
曲线的修正斜率；结合临界裂纹修正长度、当量初始裂纹修正长度和修正斜率，预测出CT试件的疲劳寿命。该疲劳寿命预测方法的计算过程较为简单、计算精度也较高。

Description

基于CT试件的疲劳寿命预测方法
技术领域
本公开涉及疲劳寿命预测技术领域，尤其涉及一种基于CT试件的疲劳寿命预测方法。
背景技术
疲劳破坏是工程结构在循环/交变载荷作用下的一种破坏形式，因为发生疲劳破坏需要经历三个阶段，即：裂纹初始萌生阶段(小裂纹阶段)、裂纹稳定扩展阶段(大裂纹阶段)及裂纹失稳断裂阶段，相应地，工程结构的总疲劳寿命由上述三个阶段的疲劳寿命构成。
疲劳寿命的预测主要考虑大裂纹阶段，并通过疲劳裂纹扩展模型对其裂纹扩展的上下限进行积分。然而，小裂纹阶段所占用的时间较长(一般为总疲劳寿命的40～80％)，且小裂纹阶段的扩展速率及机理与大裂纹阶段并不不同，没有统一适用的公式。因此，通过对小裂纹阶段的裂纹扩展速率上下积分，来求取小裂纹阶段的疲劳寿命的方法并不准确。
目前，小裂纹阶段的疲劳寿命通常结合试验数据和经验公式进行计算，或者由总寿命减去大裂纹阶段的寿命得出，不但计算过程较为繁琐，而且计算精度也不够高。
所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的目的在于提供一种基于CT试件的疲劳寿命预测方法，该疲劳寿命预测方法的计算过程较为简单、计算精度也较高。
为实现上述发明目的，本公开采用如下技术方案：
根据本公开的一个方面，提供一种基于CT试件的疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括：
利用所述CT试件的断裂韧度和Kmax-a曲线，推导出所述CT试件的临界裂纹长度；
对所述CT试件进行疲劳试验，以确定出所述CT试件的
Figure RE-GDA0002707677260000021
曲线和当量初始裂纹长度；
结合所述Kmax-a曲线和所述CT试件的裂纹尖端塑性区域尺寸，计算出所述CT试件中裂纹长度的修正参数；
利用所述修正参数对所述临界裂纹长度、所述当量初始裂纹长度和所述
Figure RE-GDA0002707677260000022
曲线的斜率进行修正，以得到所述CT试件的临界裂纹修正长度、当量初始裂纹修正长度和所述
Figure RE-GDA0002707677260000023
曲线的修正斜率；
结合所述临界裂纹修正长度、所述当量初始裂纹修正长度和所述修正斜率，预测出所述CT试件的疲劳寿命。
在本公开的一种示例性实施例中，所述Kmax-a曲线满足如下第一关系式：
Figure RE-GDA0002707677260000024
式中，Kmax为所述CT试件的应力强度因子的最大值；σmax为所述 CT试件的疲劳应力的最大值；a为所述CT试件的裂纹长度；Y(a)为所述CT试件的几何校正参数，且
Figure RE-GDA0002707677260000025
其中，W为所述CT试件的第一几何参数。
在本公开的一种示例性实施例中，对所述CT试件进行疲劳试验，以确定出所述CT试件的
Figure RE-GDA0002707677260000026
曲线和当量初始裂纹长度，包括：
对所述CT试件进行疲劳试验，以确定出所述CT试件的S-N曲线和 a-N曲线；
结合所述CT试件的应力强度因子的变化范围ΔK和所述a-N曲线，确定出所述CT试件的
Figure RE-GDA0002707677260000027
曲线；
根据所述S-N曲线和所述
Figure RE-GDA0002707677260000028
曲线，确定出所述CT试件的当量初始裂纹长度。
在本公开的一种示例性实施例中，所述应力强度因子的变化范围ΔK 满足如下第二关系式：
Figure RE-GDA0002707677260000031
式中，Δσ为所述CT试件的疲劳应力的应力幅值；ΔP为所述CT试件的疲劳载荷的变化范围；B为所述CT试件的第二几何参数。
在本公开的一种示例性实施例中，所述
Figure RE-GDA0002707677260000032
曲线的斜率满足如下第三关系式：
da/dN＝C(ΔK)m
其中，da/dN为所述
Figure RE-GDA0002707677260000033
曲线的斜率，C和m为常系数。
在本公开的一种示例性实施例中，所述修正参数满足如下第四关系式：
Figure RE-GDA0002707677260000034
式中，η为所述修正参数；σfit为所述CT试件的流变应力；且
σfit＝0.575(σY+σst)
其中，σY为所述CT试件的屈服强度，σst为所述CT试件的极限强度。
在本公开的一种示例性实施例中，所述临界裂纹修正长度满足如下第五关系式：
ac′＝acη
其中，ac′为所述临界裂纹修正长度；ac为所述临界裂纹长度。
在本公开的一种示例性实施例中，所述
Figure RE-GDA0002707677260000035
曲线的修正斜率满足如下第六关系式：
Figure RE-GDA0002707677260000036
其中，[da/dN]′为所述修正斜率。
在本公开的一种示例性实施例中，所述当量初始裂纹修正长度满足如下第七关系式：
Figure RE-GDA0002707677260000037
式中，aEIFS′为所述当量初始裂纹修正长度；aEIFS为所述当量初始裂纹长度；σf为所述CT试件的疲劳极限；ΔKth为所述CT试件的应力强度因子的门槛值。
在本公开的一种示例性实施例中，所述疲劳寿命满足如下第八关系式：
Figure RE-GDA0002707677260000041
式中，N为所述CT试件的疲劳寿命。
本公开实施方式的基于CT试件的疲劳寿命预测方法，因为在小裂纹阶段由疲劳循环应力控制裂纹扩展，而在大裂纹阶段由应力强度因子范围控制裂纹扩展，因此，本申请的疲劳寿命预测方法的核心思想是将大裂纹阶段的裂纹扩展向小裂纹阶段沿伸，并使其与小裂纹阶段的预测寿命等效。
具体而言，首先，利用CT试件的断裂韧度和Kmax-a曲线，推导出CT试件的临界裂纹长度；其次，对CT试件进行疲劳试验，以确定出 CT试件的
Figure RE-GDA0002707677260000042
曲线和当量初始裂纹长度；接着，结合Kmax-a曲线和CT试件的裂纹尖端塑性区域尺寸，计算出CT试件中裂纹长度的修正参数；随后，利用修正参数对临界裂纹长度(裂纹扩展的上限)、当量初始裂纹长度(裂纹扩展的下限)和
Figure RE-GDA0002707677260000043
曲线的斜率(疲劳裂纹扩展速率)进行修正，以得到CT试件的临界裂纹修正长度、当量初始裂纹修正长度和
Figure RE-GDA0002707677260000044
曲线的修正斜率；最后，结合临界裂纹修正长度、当量初始裂纹修正长度和修正斜率，推导出CT试件疲劳寿命的预测公式。
由此，利用该预测公式即可较为简单、快捷地计算出CT试件的疲劳寿命，计算精度也较高，不但能够缩短试验周期、降低试验成本，而且能够减轻试验人员的工作强度。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本公开实施方式CT试件的结构示意图。
图2是本公开实施方式基于CT试件的疲劳寿命预测方法的流程示意图。
图3是本公开实施方式临界裂纹长度确定的示意图。
图4是应力强度因子的门槛值ΔKth的常规计算方法示意图。
图5是本公开实施方式伯氏矢量|b|的示意图。
图6是本公开实施方式Ti2AlNb合金的微观组织示意图。
图7是本公开实施方式Ti2AlNb合金在[001]方向的投影示意图。
图8是本公开实施方式Ti2AlNb合金的宏观裂纹扩展示意图。
图9是本公开实施方式
Figure RE-GDA0002707677260000051
曲线示意图。
图10是本公开实施方式小裂纹阶段K-T法的示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施例使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。
所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本公开的主要技术创意。
虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。其他相对性的用语，例如“高”“低”“顶”“底”“左”“右”等也作具有类似含义。
当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。用语“一个”、“一”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。
相关技术中，疲劳寿命的预测方法主要是通过疲劳裂纹扩展模型对其裂纹扩展的上下限进行积分。如前所述，发生疲劳破坏需要经历裂纹初始萌生阶段(小裂纹阶段)、裂纹稳定扩展阶段(大裂纹阶段)和裂纹失稳断裂阶段三个阶段，但是，疲劳裂纹扩展模型的表达式会随着裂纹进入不同扩展阶段变得不再适用，尤其是当引入的变量较多时，不但预测结果的误差较大，而且求解过程也较为复杂。
疲劳寿命的预测主要考虑大裂纹阶段，并通过疲劳裂纹扩展模型对其裂纹扩展的上下限进行积分，但是小裂纹阶段所占用的时间较长(一般为总疲劳寿命的40～80％)，且对于小裂纹阶段来说，其疲劳裂纹扩展速率主要呈现三大特点：
(1)裂纹尖端的塑性区尺寸与小裂纹自身长度大致相当，对其影响不可随意忽略；(2)裂纹闭合在小裂纹阶段存在很大差异，当小裂纹为微观小裂纹时，其水平力近似为零，随着裂纹长度增加，水平力逐渐趋于饱和；(3)小裂纹具有明显的Kitagawa效应(北川效应)，在小裂纹扩展过程中控制小裂纹扩展的是材料的疲劳极限，而不是疲劳裂纹扩展门槛值。
因此，小裂纹阶段的扩展速率及机理与大裂纹阶段并不不同，也没有统一适用的公式。如果继续对小裂纹阶段的裂纹扩展速率上下积分来求取小裂纹阶段的疲劳寿命，则会产生很大的误差，导致预测结果不准确。
为了解决上述问题，本公开实施方式中提供一种基于CT试件的疲劳寿命预测方法，用于对CT(Compact Tension，紧凑拉伸)试件的疲劳寿命进行预测。举例而言，如图1所示，该CT试件可以为标准试验件 (参照GB/T 6398-2017)，此处不再详细描述。
如图2所示，该疲劳寿命预测方法可包括以下几个步骤：
步骤S110，利用CT试件的断裂韧度和Kmax-a曲线，推导出CT 试件的临界裂纹长度；
步骤S120，对CT试件进行疲劳试验，以确定出CT试件的
Figure RE-GDA0002707677260000071
曲线和当量初始裂纹长度；
步骤S130，结合Kmax-a曲线和CT试件的裂纹尖端塑性区域尺寸，计算出CT试件中裂纹长度的修正参数；
步骤S140，利用修正参数对临界裂纹长度、当量初始裂纹长度和
Figure RE-GDA0002707677260000072
曲线的斜率进行修正，以得到CT试件的临界裂纹修正长度、当量初始裂纹修正长度和
Figure RE-GDA0002707677260000073
曲线的修正斜率；
步骤S150，结合临界裂纹修正长度、当量初始裂纹修正长度和修正斜率，预测出CT试件的疲劳寿命。
本公开实施方式的基于CT试件的疲劳寿命预测方法，因为在小裂纹阶段由疲劳循环应力控制裂纹扩展，而在大裂纹阶段由应力强度因子范围控制裂纹扩展，本申请的疲劳寿命预测方法的核心思想是将大裂纹阶段的裂纹扩展向小裂纹阶段沿伸，并使其与小裂纹阶段的预测寿命等效。
具体而言，首先，利用求解出CT试件的裂纹长度(裂纹扩展的上限)、当量初始裂纹长度(裂纹扩展的下限)和
Figure RE-GDA0002707677260000074
曲线的斜率(疲劳裂纹扩展速率)及裂纹长度的修正参数；其次，利用修正参数对临界裂纹长度、当量初始裂纹长度和
Figure RE-GDA0002707677260000075
曲线的斜率进行修正，以得到 CT试件的临界裂纹修正长度、当量初始裂纹修正长度和
Figure RE-GDA0002707677260000076
曲线的修正斜率；最后，结合临界裂纹修正长度、当量初始裂纹修正长度及修正斜率，推导出CT试件疲劳寿命的预测公式。
由此，利用该预测公式即可较为简单、快捷地计算出CT试件的疲劳寿命，计算精度也较高，不但能够缩短试验周期、降低试验成本，而且能够减轻试验人员的工作强度。
下面结合对本公开实施方式提供的疲劳寿命预测方法的各个步骤进行详细说明：
步骤S110，利用CT试件的断裂韧度和Kmax-a曲线，推导出CT 试件的临界裂纹长度。
具体而言，步骤S110可包括以下几个步骤：
步骤S1101，对CT试件进行断裂力学试验，以得到CT试件的断裂韧度KIC，此处不再详细描述。
步骤S1102，绘制CT试件的Kmax-a曲线，具体而言，Kmax-a曲线满足如下第一关系式：
Figure RE-GDA0002707677260000081
式中，Kmax为CT试件的应力强度因子的最大值；Y(a)为CT试件的几何校正参数；σmax为CT试件的疲劳应力的最大值；a为CT试件的裂纹长度。
同时，几何校正参数Y(a)满足如下第二关系式：
Figure RE-GDA0002707677260000082
式中，W为CT试件的第一几何参数，如图1所示，W为CT试件上开孔的圆心到CT试件边沿位置的尺寸。
举例而言，CT试件可采用Ti2AlNb合金制造而成，且几何参数和力学参数可如表1所示：
表1
Figure RE-GDA0002707677260000083
由此，在疲劳应力的最大值σmax确定后，即可确定出裂纹长度a和应力强度因子的最大值Kmax之间的关系式，进而绘制出CT试件的 Kmax-a曲线。
步骤S1103，结合断裂韧度KIC和Kmax-a曲线，即可推导出临界裂纹长度ac，如图3所示。
举例而言，可设置五组疲劳应力的最大值σmax，如表2所示，并求解出对应的临界裂纹长度ac，此处不再详细描述。
表2
编号 试验温度 疲劳应力的最大值σ<sub>max</sub>(MPa) 临界裂纹长度a<sub>c</sub>(mm)
1 25℃ 18.8446 17.241
2 200℃ 11.4891 17.519
3 400℃ 9.2579 18.617
4 500℃ 8.3619 18.392
5 600℃ 0.4247 19.753
步骤S120，对CT试件进行疲劳试验，以确定出CT试件的
Figure RE-GDA0002707677260000091
曲线和当量初始裂纹长度。
具体而言，步骤S120可包括以下步骤：
步骤S1201，对CT试件进行疲劳试验，以确定出CT试件的S-N曲线和a-N曲线。
需要注意的是，因为裂纹长度的测量较为困难，所以a-N曲线的关键是尽可能测出精度较高的裂纹长度a，此处不再详细描述。另外，在确定S-N曲线的过程中，不但要保证疲劳应力的变化范围(应力幅)，也要保证疲劳应力的加载频率、试验温度等在相同范围内。
当然，应力幅的数量越多，绘制出的S-N曲线的精度越高，但是试验成本也越高，因此，需要综合考虑精度成本，以确定出应力幅的数量。举例而言，应力幅的数量可以为6个或其他，此处不作特殊限定。
步骤S1202，结合CT试件的应力强度因子和a-N曲线，确定出CT 试件的
Figure RE-GDA0002707677260000092
曲线。
详细分析，步骤S1202可包括以下步骤：
步骤S12021，确定出应力强度因子的变化范围ΔK，应力强度因子的变化范围ΔK满足如下第二关系式：
Figure RE-GDA0002707677260000101
式中，Δσ为CT试件的疲劳应力的应力幅值；ΔP为CT试件的疲劳载荷的变化范围；B为CT试件的第二几何参数，具体而言，B为CT试件的厚度。
步骤S12022，结合应力强度因子的变化范围ΔK，确定出a-N曲线的斜率da/dN，且斜率da/dN满足如下第三关系式：
da/dN＝C(ΔK)m
其中，C和m为常系数。
步骤S12023，结合斜率da/dN和应力强度因子的变化范围ΔK，确定出CT试件的
Figure RE-GDA0002707677260000102
曲线，此处不再详细描述。
步骤S1203，根据S-N曲线和
Figure RE-GDA0002707677260000103
曲线，确定出CT试件的当量初始裂纹长度，且当量初始裂纹长度满足如下关系式：
Figure RE-GDA0002707677260000104
式中，aEIFS为当量初始裂纹长度；σf为所述CT试件的疲劳极限，可由S-N曲线得到；ΔKth为CT试件的应力强度因子的门槛值。
针对应力强度因子的门槛值ΔKth，目前已有国标和ASTM标准提供的K增法和K减法两种方法，但是，如图4所示，无论是采用K增法还是 K减法，测量出的ΔKth值都偏大。
因此，本申请还提供一种应力强度因子的门槛值ΔKth的求解法，详细介绍：
以一个初始循环位的错滑移量为某一固定长度(比如一个伯氏矢量|b|)，由于原子之间发生的滑移一般以混合位错为主，在数值上很难确定混合位错的伯氏矢量大小。从材料学角度来看，门槛值附近的单位错滑位移为3～4个原子直径大小(视为伯氏矢量|b|)。
实际的裂纹扩展路径和微观起裂的最小长度如图5所示，在裂纹初始萌生阶段，可以认为是在裂纹顶端区域的滑移带内发生急剧局部变形，在此过程中材料通过剪切脱粘形成了新的裂纹面，裂纹和裂纹顶端塑性变形仅仅局限在几个晶粒范围内，即小范围屈服，而裂纹主要沿滑移系方向以纯剪切方式扩展。
由此，门槛值ΔKth附近的裂纹扩展速率可以为：
Figure RE-GDA0002707677260000111
随后，根据伯氏矢量|b|及位错线和裂纹扩展方向之间的夹角α，计算出门槛值ΔKth附近的裂纹扩展速率，该裂纹扩展率对应的ΔKth即为本征应力强度因子的门槛值ΔKth。
如前所述，CT试件可采用Ti2AlNb合金制造而成，由于Ti2AlNb 主要由α2、B2和O三相组成，如图6中a图所示，O相具有特殊的正交有序结构(板条结构)。对于板条结构来说，一方面，B2相的体积分数更高，板条O相与等轴α2/O相相比较具有更强的析出强化效果；另一方面，B2相具有比α2/O相更高的强度，且被板条O相隔开间状分布，因此，B2相滑移较为困难。另外，基体B2相对较软，因而在B2相与板条O相的结合处容易被撕裂形成微孔洞。B2相具有比O相更多的滑移系，减少了O相板条的应力集中，所以O相的滑移系较少，造成在O相和板条之间滑移的不协调，产生的裂纹经常在O/O界面形核并萌生。
因此，本申请主要研究O相对结构的影响规律，O相的直径一般为 1μm，其O/O界面区域的微观组织形貌如图6中b图所示，O/O界面区域 (点1)的EDS图像仍然可从图6中c图看出，具体而言，从整体的元素比例来看，O/O界面区域(点1)基本呈现出Ti、Nb、Al三种元素之比为2.5:1:0.7的分布。
如图7所示，O相晶胞为正交排列，具体的排列形式及沿[001]方向的投影和晶格常数，伯氏矢量处于10-9～10-10m数量级范围内。从宏观裂纹来看，如图8所示(右图为左图的放大图)，初始断裂角度在42°左右，这与理想状态45°剪切角略有偏差，忽略这些因素，仍然取角度α的值为45°，即da/dN取2.09×10-10m/cycle(取原子半径最大的Ti 为主导原子)，因此，可以将由第二阶段测出的长裂纹扩展数据反推至 2.09×10-10m/cycle。
为了使结果具有一定的可靠性，去除寿命明显低于多数寿命的数据，得到的应力强度因子与裂纹扩展率之间的关系如图9所示。根据本征应力强度因子，可以推导出不同温度下的本征应力强度因子的门槛值ΔKth，如表3所示：
表3
编号 试验温度 门槛值ΔK<sub>th</sub>(MPa·m<sup>0.5</sup>)
1 25℃ 5.1689
2 200℃ 3.1061
3 400℃ 1.3082
4 500℃ 1.1085
5 600℃ 0.8846
步骤S130，结合Kmax-a曲线和CT试件的裂纹尖端塑性区域尺寸，计算出CT试件中裂纹长度的修正参数。
如图10所示，EIFS值区域涉及小裂纹的塑性区，裂纹尖端塑性区域尺寸和小裂纹长度相当，因此不可忽略，此时，需要对裂纹长度进行修正，具体而言：
裂纹尖端塑性区域尺寸rp可以表示为
Figure RE-GDA0002707677260000121
式中，Kmax为应力强度因子的最大值，σr为CT试件的屈服应力，α为系数，且
Figure RE-GDA0002707677260000122
为了简化上述过程，根据Hooke定律和Irwin理论，举例而言，α可取
Figure RE-GDA0002707677260000123
相应地，裂纹尖端塑性区域尺寸rp为：
Figure RE-GDA0002707677260000124
另外，由Dugdale理论模型可知：
Figure RE-GDA0002707677260000131
式中，σmax为CT试件的疲劳应力的最大值，σY为CT试件的屈服强度。
考虑用CT试件的流变应力σfit代替σY，σfit的值大约为CT试件的极限强度σst和屈服强度σY的一半的1.15倍，即：
σfit＝0.575(σY+σst)
此时，修正后的疲劳裂纹a′与修正前的疲劳裂纹a满足如下关系式：
Figure RE-GDA0002707677260000132
也就是说，修正参数η满足如下第四关系式：
Figure RE-GDA0002707677260000133
当然，α也可取
Figure RE-GDA0002707677260000134
或
Figure RE-GDA0002707677260000135
此处不作特殊限定。
步骤S140，利用修正参数对临界裂纹长度、当量初始裂纹长度和
Figure RE-GDA0002707677260000136
曲线的斜率进行修正，以得到CT试件的临界裂纹修正长度、当量初始裂纹修正长度和
Figure RE-GDA0002707677260000137
曲线的修正斜率，其中：
临界裂纹修正长度满足如下第五关系式：
ac′＝acη
式中，ac′为临界裂纹修正长度，ac为临界裂纹长度。
同时，
Figure RE-GDA0002707677260000138
曲线的修正斜率满足如下第六关系式：
Figure RE-GDA0002707677260000139
式中，[da/dN]′为修正斜率。
另外，当量初始裂纹修正长度满足如下第七关系式：
Figure RE-GDA00027076772600001310
式中，aEIFS′为当量初始裂纹修正长度，aEIFS为当量初始裂纹长度，此处不再详细描述。
步骤S150，结合临界裂纹修正长度ac′、当量初始裂纹修正长度aEIFS′和修正斜率[da/dN]′，求解出CT试件的疲劳寿命，且疲劳寿命满足N如下第八关系式：
Figure RE-GDA0002707677260000141
由此，即可求解出CT试件的预测寿命，如表4所示：
表4
Figure RE-GDA0002707677260000142
由表4可知，不同温度下得到的预测寿命和试验寿命的误差最大偏差仅仅为5.84％，吻合情况很好，也就是说，本申请的疲劳寿命预测方法不但能够求解出CT试件的疲劳寿命，而且计算精度也较高。
应当理解的是，本公开不将其应用限制到本说明书提出的部件的详细结构和布置方式。本公开能够具有其他实施方式，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本公开的范围内。应可理解的是，本说明书公开和限定的本公开延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本公开的多个可替代方面。本说明书所述的实施方式说明了已知用于实现本公开的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本公开。

Claims (10)

1.一种基于CT试件的疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括：
利用所述CT试件的断裂韧度和Kmax-a曲线，推导出所述CT试件的临界裂纹长度；
对所述CT试件进行疲劳试验，以确定出所述CT试件的
Figure FDA0002531483000000011
曲线和当量初始裂纹长度；
结合所述Kmax-a曲线和所述CT试件的裂纹尖端塑性区域尺寸，计算出所述CT试件中裂纹长度的修正参数；
利用所述修正参数对所述临界裂纹长度、所述当量初始裂纹长度和所述
Figure FDA0002531483000000012
曲线的斜率进行修正，以得到所述CT试件的临界裂纹修正长度、当量初始裂纹修正长度和所述
Figure FDA0002531483000000013
曲线的修正斜率；
结合所述临界裂纹修正长度、所述当量初始裂纹修正长度和所述修正斜率，预测出所述CT试件的疲劳寿命。
2.根据权利要求1所述的疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述Kmax-a曲线满足如下第一关系式：
Figure FDA0002531483000000014
式中，Kmax为所述CT试件的应力强度因子的最大值；σmax为所述CT试件的疲劳应力的最大值；a为所述CT试件的裂纹长度；Y(a)为所述CT试件的几何校正参数，且
Figure FDA0002531483000000015
其中，W为所述CT试件的第一几何参数。
3.根据权利要求2所述的疲劳寿命预测方法，其特征在于，对所述CT试件进行疲劳试验，以确定出所述CT试件的
Figure FDA0002531483000000016
曲线和当量初始裂纹长度，包括：
对所述CT试件进行疲劳试验，以确定出所述CT试件的S-N曲线和a-N曲线；
结合所述CT试件的应力强度因子的变化范围ΔK和所述a-N曲线，确定出所述CT试件的
Figure FDA0002531483000000017
曲线；
根据所述S-N曲线和所述
Figure FDA0002531483000000021
曲线，确定出所述CT试件的当量初始裂纹长度。
4.根据权利要求3所述的疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述应力强度因子的变化范围ΔK满足如下第二关系式：
Figure FDA0002531483000000022
式中，Δσ为所述CT试件的疲劳应力的应力幅值；ΔP为所述CT试件的疲劳载荷的变化范围；B为所述CT试件的第二几何参数。
5.根据权利要求4所述的疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述
Figure FDA0002531483000000023
曲线的斜率满足如下第三关系式：
da/dN＝C(ΔK)m
其中，da/dN为所述
Figure FDA0002531483000000024
曲线的斜率，C和m为常系数。
6.根据权利要求5所述的疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述修正参数满足如下第四关系式：
Figure FDA0002531483000000025
式中，η为所述修正参数；σfit为所述CT试件的流变应力；且
σfit＝0.575(σ4+σst)
其中，σ4为所述CT试件的屈服强度，σst为所述CT试件的极限强度。
7.根据权利要求6所述的疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述临界裂纹修正长度满足如下第五关系式：
ac′＝acη
其中，ac′为所述临界裂纹修正长度；ac为所述临界裂纹长度。
8.根据权利要求7所述的疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述
Figure FDA0002531483000000026
曲线的修正斜率满足如下第六关系式：
Figure FDA0002531483000000027
其中，[da/dN]′为所述修正斜率。
9.根据权利要求8所述的疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述当量初始裂纹修正长度满足如下第七关系式：
Figure FDA0002531483000000031
式中，aEIFS′为所述当量初始裂纹修正长度；aEIFS为所述当量初始裂纹长度；σf为所述CT试件的疲劳极限；ΔKth为所述CT试件的应力强度因子的门槛值。
10.根据权利要求9所述的疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述疲劳寿命满足如下第八关系式：
Figure FDA0002531483000000032
式中，N为所述CT试件的疲劳寿命。
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