展示试验内容及结果的方法：预制疲劳裂纹

1.预制疲劳裂纹

1）预制疲劳裂纹的目的是制造一个足够长并且尖锐的平直裂纹，从而使K标定计算式不受机加工初始缺口形状的影响，也使后续进行的裂纹扩展速率试验不受裂纹前端形状变化或预制裂纹力变化的影响。

2）通常选用尽可能小的最大应力强度因子K_max进行疲劳裂纹预制。如果已知被测材料引起断裂的临界应力强度因子近似值，可以用临界应力强度因子的30%～60%作为初始K_max。如果在30000～50000个循环周次内没有萌生裂纹，可以将K_max提高10%继续进行裂纹预制。预制裂纹结束时的K_max不能超过裂纹扩展试验初始K_max。

3）通常情况下，预制疲劳裂纹阶段用于裂纹萌生时选择的应力强度因子大于裂纹扩展速率试验时的K_max。在这种情况下，应当逐级降低预制裂纹时的最大力。当手动控制预裂纹产生时，建议应力强度因子K_max每级下降不超过10%。另外，推荐每级应力强度因子下的裂纹扩展长度Δa_j至少要达到下式的计算值。

式中 K_max（j-1）——前一级预制裂纹结束时的最大应力强度因子。

4）当进行高力值比试验时，采用比裂纹扩展试验初始阶段更低的K_max和力值比更容易产生预制裂纹。

5）预制裂纹的设备应具备在试样缺口上对称加载的能力，最大力准确度的误差控制在5%以内。中心裂纹板材试样也应在长度（2W）方向对称加载。

2.裂纹长度测量

1）用目测法或等效的方法测量疲劳裂纹长度，测量准确到±0.1mm或±0.002W中较大者（W＞27mm的试样，测量裂纹长度应准确到0.25mm以内）。

2）测量裂纹长度最好在不中断试验的情况下进行。若需中断试验测量时，中断时间应减至最少，为增加裂纹尖端清晰度，可加静力，其值应小于最大试验力。

3.试验结果的处理

（1）裂纹前端曲率的修正 包括以下内容：

1）试验完成之后，应检查裂纹面上贯穿厚度裂纹前端的曲率。如果裂纹轮廓清晰可见，可以沿厚度方向测量3点或5点计算算术平均值作为贯穿厚度裂纹长度。贯穿厚度裂纹长度和试验过程中对应的裂纹长度的差值就是裂纹曲率修正长度a_cor。进行裂纹曲率修正最好的方法是在多个清晰可见的断裂裂纹前沿进行计算。在任何情况下，如果裂纹曲率的修正导致的应力强度因子的变化超过5%，那么在试验数据分析时应进行曲率修正，有效裂纹长度用下式表示：

a=a_n+a_fat+a_cor

2）当裂纹曲率修正值随着裂纹长度而变化较大时，可采用线性插值法进行曲率的修正。

（2）疲劳裂纹扩展速率的确定 采用拟合a-N（裂纹长度-循环数）曲线求导的方法确定疲劳裂纹扩展速率，可用递增多项式法和割线法进行。

1）递增多项式法计算裂纹扩展速率是将一组数据对拟合成一个多项式，其中裂纹长度a_j作为循环周次N_j的函数。数据段应包括奇数（3、5或7）个连续的a_j-N_j数据对。裂纹扩展速率等于数据段中心数据对的多项式的斜率da/dN_j。

2）割线法计算裂纹扩展速率仅适用于计算相邻两个裂纹长度和循环周次数据对的直线斜率，如下式所示：

式中 [a_j-a（j-1）]——裂纹增量。

随着裂纹扩展的增加，采用平均裂纹长度a（j）avg计算应力强度因子范围，a（j）avg可用下式表示：

（3）疲劳裂纹扩展门槛值的测定 裂纹扩展速率门槛值ΔK_th，一般是指对应的da/dN接近0时ΔK趋近的值。通常ΔK_th定义为裂纹扩展速率等于10^-7mm/周时对应的ΔK值。(www.xing528.com)

（4）应力强度因子范围的计算 所有标准试样的应力强度因子采用下式计算：

1）对于CT试样，按下式计算：

式中，α=a/W，0.2≤α≤1.0时等式有效。

2）对于CCT试样，按下式计算：

式中，弧度θ=πa/2W，0＜a/W＜1.00时等式有效。建议从中心基准线到两裂纹尖端前后表面测量四点裂纹长度并计算平均值作为裂纹长度a。

3）对于SENB3试样，按下式计算：

式中，α=a/W，0≤α≤1时效式有效。

4）对于SENB4试样，按下式计算：

式中，弧度θ=πa/2W，0＜a/W＜1.00时等式有效。

四点弯曲试样最大和最小跨距的差值不等于2W时，应对形状因子g（a/W）进行修正，修正系数为：（最大跨距-最小跨距）/2W。

5）对于SENB4试样，按下式计算：

式中，弧度θ=πa/2W，0＜a/W＜1.00时等式有效。

四点弯曲试样最大和最小跨距的差值不等于2W时，应对形状因子g（a/W）进行修正，修正系数为：（最大跨距-最小跨距）/2W。

6）对于SENB8试样，按下式计算：

式中，弧度θ=πa/2W，0＜a/W＜1.00时等式有效。

八点弯曲试样最大和最小跨距的差值不等于2W时，应对形状因子g（a/W）进行修正，修正系数为：（最大跨距-最小跨距）/2W。

7）对于SENT试样，按下式计算：

式中，弧度θ=πa/2W，0＜a/W＜1.00时等式有效

单边缺口夹紧试样，夹具之间的净距离等于4W时，形状因子计算如下式：

式中，α=a/W，0＜a/W＜0.95时等式有效。