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第四节 损伤零件寿命估算

一、基本理论

疲劳寿命理论主要用于估算疲劳寿命和疲劳损伤。

1、疲劳断裂及其过程。计算带缺陷零件的剩余自然寿命一般采用断裂力学理论，通过建立裂纹扩展速率与断裂力学参量之间的关系来进行计算。断裂力学理论认为，零件的缺陷在循环载荷作用下会逐步扩大，当缺陷扩大到临界尺寸后将发生断裂破坏。这个过程被称为疲劳断裂过程。

疲劳断裂过程大致可分为四个阶段，即成核、微观裂纹扩展、宏观裂纹扩展及断裂。

2、帕利斯定理及损伤零件疲劳寿命的估算。损伤零件疲劳寿命的估算主要应用帕利斯(Paris)定理。

帕利斯(Paris)定理主要内容是：对裂纹扩展规律的研究，断裂力学从研究裂纹尖端附近的应力场和应变场出发，导出裂纹体在受载条件下裂纹尖端附近应力场和应变场的特征量来进行。这个特征量用应力强度因子K表示。K值的变化幅度也是控制裂纹扩展速度da/dN的主要参量。在考虑材料性能参量对裂纹扩展速度的影响后，帕利斯提出了以下裂纹扩展速度的半经验公式： da/dN=A(ΔK)n

两边进行积分求得损伤零件疲劳寿命为：公式(8-13)教材476页。

3、影响裂纹扩展的因素。应力强度因子幅度 K是影响裂纹扩展的主要参数。除此之外，还有很多因素对裂纹的疲劳扩展有影响，如应力循环特征、加载频率、温度等。应力循环特征对裂纹扩展速度影响较大;加载频率的影响，一般在 K值较低时，加载频率对裂纹的疲劳扩展速度影响很小。但当 值较高时，加载频率影响增大。裂纹扩展速度与加载频率成反比关系，加载频率降低，裂纹扩展速度增大;温度的影响，对深埋裂纹，当温度低于蠕变温度时，温度对裂纹扩展速度无明显影响;但对表面裂纹，高温对裂纹扩展速度影响较大，温度越高裂纹扩展速度越快。

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（责任编辑：何以笙箫默）

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