第九章裂纹闭合理论与高载迟滞效应

材料疲劳裂纹扩展研究综述摘要:疲劳裂纹扩展行为是现代材料研究中重要的内容之一。

论述了组织结构、环境温度、腐蚀条件以及载荷应力比、频率变化对材料疲劳裂纹扩展行为的影响。

总结出疲劳裂纹扩展研究的常用方法和理论模型，并讨论了“塑性钝化模型”和“裂纹闭合效应”与实际观察结果存在的矛盾温度、载荷频率和应力比是影响材料疲劳裂纹扩展行为的主要因素。

发展相关理论和方法，正确认识影响机理，科学预测疲劳裂纹扩展行为一直是人们追求的目标。

指出了常用理论的不足，对新的研究方法进行了论述。

关键词: 温度; 载荷频率; 应力比; 理论; 方法; 疲劳裂纹扩展1 前言19世纪40年代随着断裂力学的兴起，人们对于材料疲劳寿命的研究重点逐渐由不考虑裂纹的传统疲劳转向了主要考察裂纹扩展的断裂疲劳。

尽量准确地估算构件的剩余疲劳寿命是人们研究材料疲劳扩展行为的一个重要目的。

然而，材料的疲劳裂纹扩展研究涉及了力学、材料、机械设计与加工工艺等诸多学科，材料、载荷条件、使用环境等诸多因素都对疲劳破坏有着显著的影响，这给研究工作带来了极大困难。

正因为此，虽然对于疲劳的研究取得了大量有意义的研究成果，但仍有很多问题存在着争议，很多学者还在不断的研究和探讨，力求得到更加准确的解决疲劳裂纹扩展问题的方法和理论。

经过几十年的发展，人们已经认识到断裂力学是研究结构和构件疲劳裂纹扩展有力而现实的工具。

现代断裂力学理论的成就和工程实际的迫切需要，促进了疲劳断裂研究的迅速发展。

如Rice的疲劳裂纹扩展力学分析(1967年) ，Elber的裂纹闭合理论(1971年) ，Wheeler 等的超载迟滞模型(1970年) ，Hudak等关于裂纹扩展速率标准的测试方法，Sadananda和Vasudevan ( 1998年)的两参数理论等都取得了一定成果。

本文将对其研究中存在问题、常用方法和理论模型、以及温度、载荷频率和应力比对疲劳裂纹扩展影响的研究成果和新近发展起来的相关理论进行介绍。

性能学总复习材料性能学总复习资料第⼀章作业11.掌握以下物理概念：强度、屈服强度、抗拉强度、塑性、弹性、延伸率、断⾯收缩率、弹性模量、⽐例极限、弹性极限、弹性⽐功、包申格效应、弹性后效、弹性滞后环强度：指的是构件抵抗破坏的能⼒。

屈服强度：材料屈服时对应的应⼒值也就是材料抵抗起始塑性变形或产⽣微量塑性变形的能⼒，这⼀应⼒值称为材料的屈服强度。

抗拉强度：材料最⼤均匀塑性变形的抗⼒。

塑性：是指在外⼒作⽤下，材料能稳定地发⽣永久变形⽽不破坏其完整性的能⼒。

弹性：材料受载后产⽣⼀定的变形，⽽卸载后这部分变形消逝，材料恢复到原来的状态的性质称为材料的弹性。

延伸率：材料拉伸后的截⾯⾯积变化量与原始截⾯⾯积的⽐值。

断⾯收缩率：材料拉断后，缩颈处横截⾯积的最⼤减缩量与原始截⾯⾯积的百分⽐。

弹性模量：弹性模数是产⽣100%弹性变形所需的应⼒。

⽐例极限：是保证材料的弹性变形按正⽐关系变化的最⼤应⼒。

弹性极限：是材料由弹性变形过渡到弹-塑性变形时的应⼒。

弹性⽐功：⼜称为弹性必能，是材料在弹性变形过程中吸收变形功的能⼒。

包申格效应：是指⾦属材料经预先加载产⽣少量塑性变形，⽽后再同向加载，规定残余伸长应⼒增加，反向加载，规定残余伸长应⼒降低的现象。

弹性后效：⼜称滞弹性，是指材料在快速加载或卸载后，随时间的延长⽽产⽣的附加弹性应变的性能。

弹性滞后环：在⾮理想弹性的情况下，由于应⼒和应变不同步，是加载线与卸载线不重合⽽形成⼀封闭回线，这个封闭回线称为弹性滞后环。

2、衡量弹性的⾼低⽤什么指标，为什么提⾼材料的弹性极限能够改善弹性？衡量弹性的⾼低通常⽤弹性⽐功来衡量E a e e 22σ=，所以提⾼弹性极限可以提⾼弹性⽐功。

3、材料的弹性模数主要取决哪些因素？凡是影响键合强度的因素均能影响材料的弹性模数。

主要有：键合⽅式、晶体结构、化学成分、微观组织、温度及加载⽅式和速度。

4、⼀直径2.5mm ，长度为200.0mm 的杆，在2000N 的载荷作⽤下，直径缩⾄2.2mm ，试求(1)杆的最终长度；(2)在该载荷作⽤下的真实应⼒和真实应变；(3)在该载荷作⽤下的⼯程应⼒和⼯程应变。

《工程材料力学性能》课后答案机械工业出版社2008第2版第一章单向静拉伸力学性能1、解释下列名词。

1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。

2. 滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。

3•循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。

4•包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。

5•解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。

6•塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。

韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。

7. 解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b的台阶。

8. 河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合，同号台阶相互汇合长大，当汇合台阶高度足够大时，便成为河流花样。

是解理台阶的一种标志。

9. 解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。

10. 穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。

沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。

11. 韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变2、说明下列力学性能指标的意义。

答：E弹性模量G切变模量二r规定残余伸长应力-0.2屈服强度、：gt金属材料拉伸时最大应力下的总伸长率n应变硬化指数【P15】3、金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标？答：主要决定于原子本性和晶格类型。

合金化、热处理、冷塑性变形等能够改变金属材料的组织形态和晶粒大小，但是不改变金属原子的本性和晶格类型。

材料性能学名词解释第⼀章（单向静载下⼒学性能）弹性变形：材料受载后产⽣变形，卸载后这部分变形消逝，材料恢复到原来的状态的性质。

塑性变形：微观结构的相邻部分产⽣永久性位移，并不引起材料破裂的现象弹性极限：弹性变形过度到弹-塑性变形(屈服变形)时的应⼒。

弹性⽐功：弹性变形过程中吸收变形功的能⼒。

包申格效应：材料预先加载产⽣少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余应⼒（弹性极限或屈服强度）增加；反向加载，规定残余应⼒降低的现象。

弹性模量：⼯程上被称为材料的刚度，表征材料对弹性变形的抗⼒。

实质是产⽣100%弹性变形所需的应⼒。

滞弹性：快速加载或卸载后，材料随时间的延长⽽产⽣的附加弹性应变的性能。

内耗：加载时材料吸收的变形功⼤于卸载是材料释放的变形功，即有部分变形功倍材料吸收，这部分被吸收的功称为材料的内耗。

韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能⼒。

超塑性：在⼀定条件下，呈现⾮常⼤的伸长率（约1000%）⽽不发⽣缩颈和断裂的现象。

韧窝：微孔聚集形断裂后的微观断⼝。

第⼆章（其他静载下⼒学性能）应⼒状态软性系数：不同加载条件下材料中最⼤切应⼒与正应⼒的⽐值。

剪切弹性模量：材料在扭转过程中，扭矩与切应变的⽐值。

缺⼝敏感度：常⽤试样的抗拉强度与缺⼝试样的抗拉强度的⽐值。

NSR硬度：表征材料软硬程度的⼀种性能。

⼀般认为⼀定体积内材料表⾯抵抗变形或破裂的能⼒。

抗弯强度:指材料抵抗弯曲不断裂的能⼒，主要⽤于考察陶瓷等脆性材料的强度。

第三章（冲击韧性低温脆性）冲击韧度：⼀次冲断时，冲击功与缺⼝处截⾯积的⽐值。

冲击吸收功：冲击弯曲试验中，试样变形和断裂所吸收的功。

低温脆性：当试验温度低于某⼀温度时，材料由韧性状态转变为脆性状态。

韧脆转变温度：材料在某⼀温度t下由韧变脆，冲击功明显下降。

该温度即韧脆转变温度。

迟屈服：⽤⾼于材料屈服极限的载荷以⾼加载速度作⽤于体⼼⽴⽅结构材料时，瞬间并不屈服，需在该应⼒下保持⼀段时间后才屈服的现象。

《工程材料力学性能》（第二版）课后答案第一章材料单向静拉伸载荷下的力学性能一、解释下列名词滞弹性：在外加载荷作用下，应变落后于应力现象。

静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材科从变形到断裂所消耗的功。

弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。

比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。

包申格效应：指原先经过少量塑性变形，卸载后同向加载，弹性极限(ζP)或屈服强度(ζS)增加；反向加载时弹性极限(ζP)或屈服强度(ζS)降低的现象。

解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。

晶体学平面－－解理面，一般是低指数，表面能低的晶面。

解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。

韧脆转变：材料力学性能从韧性状态转变到脆性状态的现象（冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型转变微穿晶断裂，断口特征由纤维状转变为结晶状）。

静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。

是一个强度与塑性的综合指标，是表示静载下材料强度与塑性的最佳配合。

二、金属的弹性模量主要取决于什么?为什么说它是一个对结构不敏感的力学姓能?答案：金属的弹性模量主要取决于金属键的本性和原子间的结合力，而材料的成分和组织对它的影响不大，所以说它是一个对组织不敏感的性能指标，这是弹性模量在性能上的主要特点。

改变材料的成分和组织会对材料的强度(如屈服强度、抗拉强度)有显著影响，但对材料的刚度影响不大。

三、什么是包辛格效应，如何解释，它有什么实际意义?答案：包辛格效应就是指原先经过变形，然后在反向加载时弹性极限或屈服强度降低的现象。

特别是弹性极限在反向加载时几乎下降到零，这说明在反向加载时塑性变形立即开始了。

包辛格效应可以用位错理论解释。

第一，在原先加载变形时，位错源在滑移面上产生的位错遇到障碍，塞积后便产生了背应力，这背应力反作用于位错源，当背应力(取决于塞积时产生的应力集中)足够大时，可使位错源停止开动。

损伤容限设计思想及分析方法综述1 损伤容限设计概述1.1 损伤容限设计的技术目标保证含有裂纹的结构在规定的未修使用期内，其承载能力不小于在这个期间可能着遇到的最大载荷，从而使机体不会由于裂纹存在而发生灾难性破坏，保证机体结构安全。

1.2 损伤容限设计内容a. 一个含有裂纹结构在规定寿命期或检修期内要承受的可能遇到的最大载荷（剩余强度问题）b. 在可能遇到最大载荷作用下，允许结构存在的最大裂纹长度（临界裂纹长度问题）c. 新飞机出厂时，或已服役飞机经返修后可能预先存留在结构中的最大初始裂纹（初始裂纹尺寸假设）d. 从初始裂纹尺寸扩展到最大允许裂纹尺寸经历的寿命时间（裂纹扩展寿命问题）e. 如何进行合理的结构设计、应力设计、材料选择、疲劳增强措施选择，规定适当的检修周期以满足结构损伤容限要求（设计方法论）1.3 结构损伤容限设计分类按照损伤容限要求设计的结构可分为两大类：缓慢裂纹扩展结构和破损安全结构。

而后者又包括破损安全多途径传力结构和破损安全止裂结构。

我国军用飞机损伤容限要求在国军标GJB776-89《军用飞机损伤容限要求》中按不同类型分别作了规定。

1.4 缓慢裂纹扩展不可检结构损伤容限有些结构设计要保证它在整个使用期内不需要修理就能满足寿命要求。

另一个用途是缓慢裂纹扩展不可检结构分析简单而且偏于安全，而判断结构是否具备破损安全条件是个复杂的问题。

所以，工程上不管结构是什么类型都作为缓慢裂纹扩展不可检结构设计。

1.5 缓慢裂纹扩展可检结构损伤容限结构在使用中能够被检查、拆卸和更换，还可以利用结构的可检性提高它的剩余强度。

如果主受力构件在尚未达到设计要求寿命时，其剩余强度就已经下降到规定值以下，对结构进行维修更换，从而使整个结构的寿命得以延长1.6 破损安全多途径传力结构损伤容限破损安全多途径传力结构要求当主传力途径失效后残存结构仍能承担最小未修使用期内可能遭遇到的最大载荷。

因此，只有当结构满足如下条件时，才真正符合破坏安全多途径传力结构要求：a. 在主传力途径失效前，要求结构能够承担在最小未修使用期内可能遭遇的最大载荷；b. 在主传力途径失效时，残存结构必须有能力承受引起传力途径失效的载荷，再加上有断裂元件转嫁过来的载荷并考虑动载效应增量；c. 必须有足够强的紧固件以保证将失效结构上的载荷传递到残存结构上。

第一章金属的力学性能一、填空题1、金属工艺学是研究工程上常用材料性能和___________的一门综合性的技术基础课。

2、金属材料的性能可分为两大类:一类叫_____________，反映材料在使用过程中表现出来的特性，另一类叫__________,反映材料在加工过程中表现出来的特性。

3、金属在力作用下所显示与弹性和非弹性反应相关或涉及力—应变关系的性能，叫做金属________。

4、金属抵抗永久变形和断裂的能力称为强度，常用的强度判断依据是______、______等。

5、断裂前金属发生不可逆永久变形的能力成为塑性，常用的塑性判断依据是________和_________.6、常用的硬度表示方法有__________、___________和维氏硬度。

二、单项选择题7、下列不是金属力学性能的是（）A、强度B、硬度C、韧性D、压力加工性能8、根据拉伸实验过程中拉伸实验力和伸长量关系，画出的力——伸长曲线(拉伸图）可以确定出金属的 ( ）A、强度和硬度B、强度和塑性C、强度和韧性D、塑性和韧性9、试样拉断前所承受的最大标称拉应力为（）A、抗压强度B、屈服强度C、疲劳强度D、抗拉强度10、拉伸实验中，试样所受的力为（）A、冲击B、多次冲击C、交变载荷D、静态力11、属于材料物理性能的是（）A、强度B、硬度C、热膨胀性D、耐腐蚀性12、常用的塑性判断依据是 ( ）A、断后伸长率和断面收缩率B、塑性和韧性C、断面收缩率和塑性D、断后伸长率和塑性13、工程上所用的材料，一般要求其屈强比 ( ）A、越大越好B、越小越好C、大些，但不可过大D、小些，但不可过小14、工程上一般规定，塑性材料的δ为（ )A、≥1％B、≥5%C、≥10％D、≥15％15、适于测试硬质合金、表面淬火刚及薄片金属的硬度的测试方法是（）A、布氏硬度B、洛氏硬度C、维氏硬度D、以上方法都可以16、不宜用于成品与表面薄层硬度测试方法（ )A、布氏硬度B、洛氏硬度C、维氏硬度D、以上方法都不宜17、用金刚石圆锥体作为压头可以用来测试 ( )A、布氏硬度B、洛氏硬度C、维氏硬度D、以上都可以18、金属的韧性通常随加载速度提高、温度降低、应力集中程度加剧而（）A、变好B、变差C、无影响D、难以判断19、判断韧性的依据是（）A、强度和塑性B、冲击韧度和塑性C、冲击韧度和多冲抗力D、冲击韧度和强度20、金属疲劳的判断依据是 ( ）A、强度B、塑性C、抗拉强度D、疲劳强度21、材料的冲击韧度越大，其韧性就 ( )A、越好B、越差C、无影响D、难以确定三、简答题22、什么叫金属的力学性能？常用的金属力学性能有哪些?23、什么是疲劳断裂？如何提高零件的疲劳强度?四、计算题24、测定某种钢的力学性能时,已知试棒的直径是10mm,其标距长度是直径的五倍，Fb=33。

疲劳与断裂课程,,学习指南疲劳与断裂课程学习指南一、教材教育部面向21 世纪课程教材：陈传尧编著，疲劳与断裂，华中科技大学出版社，2002 年。

二、辅助教材王忠光译，S. Suresh（美）著，材料的疲劳，北京：国防工业出版社，1999年第二版郑朝云、张式程译，D. 拉达伊（德）著，焊接结构疲劳强度，北京：机械工业出版社，1994 年第一版熊俊江著，疲劳断裂可靠性工程学，北京：国防工业出版社，2008 年第一版三、教学内容疲劳与断裂课程共分10 章。

第一章绪论；第二、三和四章介绍疲劳裂纹萌生及其研究方法，包括高周应力疲劳和低周应变疲劳，以及疲劳问题研究的统计学基础；第五、六和七章介绍弹塑性断裂力学基础，包括断裂扩展判据、断裂控制设计方法，以及工程常见的表面裂纹的应力强度因子；第八、九和十章介绍疲劳裂纹扩展的研究和预测方法。

各章主要内容如下。

第一章绪论，介绍疲劳的基本概念，疲劳断裂破坏事故的严重性，疲劳设计的主要方法和发展历史，疲劳破坏的特征和机理，疲劳断裂问题研究的一般方法。

第二章应力疲劳，介绍应力疲劳的基本概念，S-N 曲线及其近似估计，平均应力、载荷形式、尺寸效应、结构件表面光洁度、表面处理，以及温度与环境等对材料疲劳性能的影响，在给定寿命下循环应力幅与平均应力之间的关系，等疲劳寿命图，考虑缺口的疲劳问题，Miner 线性累积损伤理论，变幅载荷谱下的疲劳问题，简化雨流循环计数法，随机载荷谱下的疲劳问题。

第三章疲劳应用统计学基础，介绍疲劳数据的分散性，描述疲劳寿命分布的两种主要分布函数：正态分布和威布尔分布，二元线性回归方法，S-N 曲线和p-S-N 曲线的拟合，以及利用回归方程进行寿命问题的统计推断。

第四章应变疲劳，介绍应变疲劳的基本概念，单调的应力应变响应及其描述，滞后环，循环应力应变响应及其描述，材料的记忆特性，变幅循环应力应变响应计算，应变寿命曲线与平均应力影响，考虑缺口的应变寿命分析。

高载作用下的疲劳裂纹闭合与残余应力作用李亚智1, 耿伟杰1, 束一秀1, 王启2【摘要】工程结构经常受到变幅载荷的作用,施加的高载对结构中的疲劳裂纹扩展有明显影响,了解高载作用机理对于随机载荷谱下的裂纹扩展预测十分重要。

基于塑性诱导裂纹闭合原理,运用弹塑性有限元法模拟疲劳裂纹扩展。

阐述了所采用的裂纹扩展模拟方法及确定裂纹张开和闭合应力的原理,计算获得等K基本载荷循环下的裂纹闭合特性和残余应力分布规律。

重点分析在基本循环中插入单个拉伸超载、单个压缩超载和单个拉伸超载后紧跟单个压缩超载等情况下裂纹的张开、闭合应力及残余应力分布随裂纹扩展的变化规律。

结果表明,超载在裂尖前方和裂纹尾迹区引起的压缩残余应力是导致裂纹闭合应力水平升高和裂纹扩展迟滞的重要原因。

裂纹闭合效应在拉伸超载后瞬时减弱,但会随着裂纹扩展快速上升至超过正常水平;单纯的压缩超载对裂纹闭合的削弱可以忽略不计,但紧跟在拉伸超载之后的压缩超载将导致裂纹闭合效应减弱,削弱拉伸超载下的裂纹扩展迟滞效应。

【期刊名称】西北工业大学学报【年(卷),期】2014(000)004【总页数】7【关键词】关键词：疲劳裂纹扩展,有限元方法,计算机模拟,超载迟滞,裂纹闭合,塑性变形,残余应力【文献来源】https:///academic-journal-cn_journal-northwestern-polytechnical-university_thesis/0201211122220.html工程构件在实际使用过程当中,经常受到变幅载荷的作用,研究其中的高载对构件疲劳裂纹扩展的影响,对结构设计和安全性评定具有重要意义。

高载影响的主要表现形式是拉伸超载对疲劳裂纹扩展的迟滞效应以及负超载和这种迟滞效应的抵消作用。

近年来对高载效应的研究手段包括试验观察[1-7]、裂纹扩展模型研究[8-9]和数值模拟分析[10-12]。

裂纹闭合现象最早由Elber[13]发现,是影响疲劳裂纹扩展重要因素,备受关注和研究,而塑性诱导闭合(plasticity induced fatigue crack closure,PICC)是裂纹闭合的重要机理之一,也为疲劳裂纹扩展中的超载迟滞现象提供了一种诠释。

1、什么是延迟裂纹欧阳歌谷（2021.02.01）延迟裂纹是冷裂纹的一种，是由于塑性储备、应力状态以及焊缝金属中氢含量等综合作用而产生的焊接裂纹。

延迟裂纹不是在焊接过程中产生的，而是在焊后延续一段时间产生的。

延迟裂纹主要发生在低合金高强钢中，主要与焊缝含扩散氢、接头所承受的拉应力以及由材料淬硬倾向决定的金属塑性储备有关，是三个因素中的某一因素与相互作用的结果。

焊接后经过一段时间才产生的裂纹为延迟裂纹。

延迟裂纹是冷裂纹的一种常见缺陷，它不在焊后立即产生，而在焊后延迟几小时、几天或更长时间才出现。

所谓“有延迟裂纹倾向的材料”，就是焊后容易出现焊接冷裂纹的材料，也即是可以焊接的低合金高强度钢。

用低合金换取高强度，当然好;但随着合金元素增加，强度的升高，也带来了延迟裂纹倾向问题，增加了焊接难度，拖延了无损检测时间。

所谓“增加了焊接难度”，用老的焊接术语说，这些材料的可焊性较差或差;用今天的术语来说，这些材料属于焊接难度较难或难的等级。

2、延迟裂纹的产生机理对于确定成分的母材和焊缝金属，塑性储备一定，产生延迟裂纹的孕育期长短，取决于焊缝金属中的扩散氢及接头所处的应力状态。

同理相应于某一应力状态，焊缝含氢量高，裂纹孕育期短，裂纹倾向大。

当应力状态恶劣，即使含氢量低，在很短孕育期内会产生裂纹。

但是决定延迟裂纹产生与否，存在一个临界含氢量与临界应力值。

若氢低于临界含氢量，拉应力低于强度极限，则孕育期将无限长，实际上不产生延迟裂纹。

现代的延迟裂纹理论认为，焊缝金属中的含氢量、接头承受的应力水平以及接头金属的塑性储备，三者对延迟裂纹产生的作用是相互联系的。

焊缝高含氢量在低应力下就会诱发出裂纹，而低含氢量需要高应力下才达到诱发裂纹状态。

含氢量及应力都低时，在长时间才能达到裂纹产生条件。

材料的塑性储备起到调节作用，当材料的变形能力高，缺口敏感性低时，只有在更高应力更多含氢量下才能产生延迟裂纹。

在焊接接头中，由于焊缝一般含碳量低，缺口敏感性小，而近缝区由于晶粒粗大，过饱和空位浓度高，应力集中程度高等不利条件，使近缝区易于产生延迟裂纹。

试　验　研　究　高应变区SCT试样闭合效应研究ΞStudy on Closure in High Strain Z one of SCT S pecimen浙江工业大学金伟娅　高增梁　张康达　潘文夫 本文对两组材料为CF62钢,不同孔径的SCT试样进行了疲劳裂纹扩展的闭合效应测定,试验采用裂纹嘴张开位移和裂纹尖端附近张开位移曲线两种测量方法来测量裂纹闭合效应参数U op、U cl,通过对同组两试样的比较,得出了SCT试样高应变塑性区疲劳裂纹闭合效应参数。

关键词:高应变区　SCT试样　闭合效应　疲劳裂纹 1　前言闭合效应是影响疲劳裂纹扩展的重要因素。

自Elber[1]发现疲劳裂纹的闭合效应以来,研究较多的是仅由裂纹本身引起的闭合效应[2～4],对于结构高应变区疲劳裂纹的闭合效应,往往只注意缺口边短裂纹的影响,认为缺口边裂纹闭合效应明显减小[3]。

但当载荷较大时,即使不考虑裂纹的存在,缺口应力集中效应也能引起结构局部塑性区的产生,如果裂纹处在此塑性区内,则结构高应变区塑性应变将迫使其闭合,使裂纹张开延迟,疲劳裂纹的闭合效应更加严重[5]。

实验表明高应变区的闭合效应对裂纹扩展速率影响较大[5],此时高应变区闭合效应由两部分组成:一是疲劳裂纹扩展本身产生的闭合效应;二是结构高应变塑性区引起疲劳裂纹闭合效应,裂纹处在此塑性区内,则结构高应变塑性区应变将迫使其闭合,使裂纹张开延迟,疲劳裂纹的闭合效应更加严重。

本文通过SCT试样对高区疲劳裂纹扩展闭合效应进行实验和分析研究。

2　疲劳裂纹闭合效应的实验测定211　闭合效应测定所用的SCT试样试验采用两组共四个SCT[6]试样,同组两试样尺寸完全相同,不同组试样除开孔直径不同,其余尺寸完全相同。

试样的结构简图见图1,试样的尺图1　SCT试样简图寸编号见表1。

试样的材料为CF62,该材料的力学性能和化学成分见表2和表3。

为测定结构高应变区闭合效应,首先对同组SCT试样中的一个(SCT4CF、SCT7CF)进行较大载荷预拉,使其存在一高应变塑性区,然后再加工预制裂纹。

材料科学基础-名词解释材料科学基础名词解释（上海交大第二版）第一章原子结构结合键结合键分为化学键和物理键两大类，化学键包括金属键、离子键和共价键；物理键即范德华力。

化学键是指晶体内相邻原子（或离子）间强烈的相互作用。

金属键金属中的自由电子与金属正离子相互作用所构成的键合称为金属键。

离子键阴阳离子之间通过静电作用形成的化学键叫作离子键共价键由两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键。

范德华力是借助临近原子的相互作用而形成的稳定的原子结构的原子或分子结合为一体的键合。

氢键氢与电负性大的原子（氟、氧、氮等）共价结合形成的键叫氢键。

近程结构高分子重复单元的化学结构和立体结构合称为高分子的近程结构。

它是构成高分子聚合物最底层、最基本的结构。

又称为高分子的一级结构远程结构由若干个重复单元组成的大分子的长度和形状称为高分子的远程结构第二章固体结构1、晶体：原子在空间中呈有规则的周期性重复排列的固体物质。

晶体熔化时具固定的熔点，具有各向异性。

2、非晶体：原子是无规则排列的固体物质。

熔化时没有固定熔点，存在一个软化温度范围，为各向同性。

3、晶体结构：原子（或分子、离子）在三维空间呈周期性重复排列，即存在长程有序。

4、空间点阵：阵点在空间呈周期性规则排列，并具有完全相同的周围环境，这种由它们在三维空间规则排列的阵列称为空间点阵，简5、阵点：把实际晶体结构看成完整无缺的理想晶体，并将其中的每个质点抽象为规则排列于空间的几何点，称之为阵点。

6、晶胞：为了说明点阵排列的规律和特点，在点阵中取出一个具有代表性的单基本元（最小平行六面体）作为点阵的组成单元，称为晶胞。

7、晶系：根据六个点阵参数间的相互关系，将全部空间点阵归属于7中类型，即7个晶系，分别为三斜、单斜、正交、六方、菱方、四方和立方。

13、晶带轴：所有平行或相交于某一晶向直线的晶面构成一个晶带，此直线称为晶带轴。

属于此晶带的晶面称为共带面。

14、晶面间距：晶面间的距离。