裂纹扩展寿命计算

裂纹扩展寿命的计算通常需要两步来进行：

1. 1. 计算裂纹尺寸和应力强度因子之间的关系；
   2. 整合裂纹扩展速率模型来计算裂纹尺寸和施加载荷循环次数（或时间）之间的关系。

FRANC3D 可以提取出应力强度因子历程数据，能显示沿每条裂纹前缘的SIF（应力强度因子）曲线和沿指定的裂纹扩展路径上的SIF，并能显示出疲劳条纹。

应力强度因子历程-Front K

应力强度因子历程-Path K

FRANC3D 提供了多种裂纹扩展速率模型来计算任意三维裂纹扩展寿命，所有模型均可定义与应力比R相关及与温度相关的裂纹扩展速率数据。

 疲劳裂纹扩展速率模型

时间相关的裂纹扩展速率模型

FRANC3D 还集成了NASGRO金属材料疲劳数据库，包含了广泛的材料疲劳数据，用户只需选择所用的材料即可自动定义所有的材料疲劳数据。

     

NASGRO材料疲劳数据库

FRANC3D具备载荷计划编辑器（Load Schedule），可定义各种形式的载荷以及载荷之间的叠加，并能考虑温度相关的裂纹扩展、载荷持续时间及静态载荷等因素。

       

载荷计划编辑器 可考虑的载荷类型

用户还可以选择等效K的计算方法、迟滞模型、所用的积分算法、以及裂纹扩展寿命积分的终止条件。

等效K和有效Delta K选项

寿命和裂纹尺寸的关系曲线

疲劳裂纹扩展速率公式一般只需输入一个单自由度的K vs a数据，积分计算出载荷循环次数。对于复杂的三维裂纹扩展，很难确定裂纹扩展的距离a。而且，定义不同的路径，会得出不同的寿命结果。FRANC3D 采用了一种改进的方法，使得计算出的寿命与路径无关，获得唯一的疲劳寿命结果，其计算过程如下：

1. 1. 对于裂纹前缘上的每个节点，找出其垂直投影到下一个裂纹前缘上的交点；
   2. 通过插值计算出这些点的K；
   3. 假设Delta K在当前和下一个裂纹前缘的点之间为线性变化，并通过积分获得预测的载荷循环次数；
   4. 对每个裂纹扩展步的每个裂纹前缘单元预测的N进行平均，得到一个“N vs. Step”曲线；
   5. 如果需要，可将N vs. Step曲线转换为a vs. N曲线。

改进的裂纹扩展寿命计算方法