疲劳裂纹扩展寿命计算

疲劳裂纹扩展寿命的计算通常需要两步来进行:

  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之间的关系。

FRANC3D V7.0可以提取出应力强度因子历程数据,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 V7.0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,可定义与应力比R相关及与温度相关的裂纹扩展速率公式,支持恒幅值疲劳载荷和随机谱载荷,可考虑迟滞效应,支持定义多种终止计算寿命的条件,如SIF大于断裂韧度等。

CGRM

裂纹扩展速率模型

NASGRO公式用来描述非线性裂纹扩展速率,特别是近门槛区和临界区,FRANC3D V7.0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。

NASGRONASGRO2

NASGRO材料疲劳数据库

FRANC3D V7.0可以考虑多工况,提供了多种选项来对不同工况下的SIF进行组合。


多工况,恒幅载荷


多工况,载荷谱

FRANC3D V7.0内嵌程对计数法(range-pair algorithm),可对读入的随机载荷谱数据进行计数。另外,FRANC3D还提供专门用于航空发动机转盘类零部件的标准载荷谱-Turbistan


随机载荷谱

用户还可以选择所用的积分算法、等效K的计算方法、迟滞模型以及裂纹扩展寿命积分的终止条件,最终计算出的疲劳裂纹扩展寿命数据可以保存为文本文件,也能以XY曲线的形式显示出来。


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,积分计算出载赫循环次数。对于复杂的三维裂纹扩展,很难确定裂纹扩展的距离a,定义不同的路径,会得出不同的寿命结果。FRANC3D V7.0提供了一种改进的方法,使得计算出的寿命与路径无关,获得唯一的疲劳寿命结果。

无标题11111改进的疲劳寿命计算方法

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