林曉斌　Roderick A.Smith

　　摘要　描述了一種能自動模擬任意面形裂紋疲勞擴展的計算技術(shù)。該技術(shù)基于三維有限單元法和Paris疲勞裂紋擴展速率方程，并具有網(wǎng)格隨裂紋擴展重新自動生成的能力。技術(shù)的實用性通過幾個典型的工程裂紋模擬實例得到了說明。
　　關(guān)鍵詞　疲勞裂紋擴展　損傷容限設(shè)計　應(yīng)力強度因子　有限元
　　中國圖書資料分類法分類號　TP202

　　1963年P(guān)aris和Erdogan^［1］發(fā)表了一篇著名的論文，首次對疲勞裂紋擴展速率和應(yīng)力強度因子范圍之間的試驗曲線進行了關(guān)聯(lián)，指出了金屬材料中裂紋的疲勞擴展主要由應(yīng)力強度因子范圍控制。盡管從那時起，以斷裂力學為基礎(chǔ)的疲勞裂紋擴展研究得到了迅速發(fā)展，但Paris和Erdogan建議的經(jīng)驗公式目前仍然是計算工程裂紋疲勞擴展壽命的主要工具。
　　工程中遇到的裂紋通常是形狀不規(guī)則裂紋，在疲勞載荷作用下，這些不規(guī)則裂紋又可能發(fā)生顯著的形狀變化。如何處理裂紋的形狀及其變化，一直是疲勞科學家和工程師想要解決的問題。當前，裂紋的斷裂評定或剩余疲勞壽命計算一般需要預先假定裂紋的形狀，例如，假定表面裂紋為半橢圓形、埋藏裂紋為橢圓形、穿透裂紋為直線形。一些規(guī)范，如美國的ASME XI^［2］，英國的BSI PD 6493^［3］和中國的CVDA—84^［4］等都給出了簡化裂紋的具體步驟。這些規(guī)則也建議了計算疲勞裂紋擴展壽命的方法，即通過假定裂紋在疲勞擴展過程中的形狀，應(yīng)用Paris公式對裂紋前沿上的一個特征點進行計算，對于表面裂紋，這一特征點通常為裂紋深度點。大量試驗已經(jīng)表明，這些規(guī)范所假定的裂紋形狀在許多情況下與實際不符。
　　筆者最近發(fā)展了一種計算疲勞裂紋擴展壽命的新技術(shù)。該技術(shù)能直接跟蹤預測疲勞裂紋的形狀變化，從而顯著提高了疲勞壽命的計算精度。下面簡單介紹這一計算過程的理論背景及其技術(shù)要點，然后提供了幾個典型的工程裂紋計算實例，以說明這一技術(shù)的適用范圍、能力及精度。