航空材料疲劳裂纹扩展速率检测

疲劳裂纹扩展速率da/dN的引入与损伤容限设计理念的出现不可分割。损伤容限设计理念认为零件或结构的疲劳寿命N_f可分为裂纹形成寿命N₀（或起始寿命）和裂纹扩展寿命N_p两部分，即

N_f=N₀+N_p （14-3）

裂纹形成寿命N₀定义为由微观缺陷发展到宏观可检裂纹或工程裂纹长度a₀所对应的循环寿命；裂纹扩展寿命N_p定义为由a₀扩展到临界裂纹长度a_c、零件发生失效的循环寿命。可见，结构的扩展寿命N_p取决于a₀、a_c以及从a₀扩展到a_c的扩展速率da/dN。其中a₀通常取可检裂纹尺寸，它与无损检测水平、结构可检性和对其漏检概率要求有关；a_c则由材料断裂韧度K_c确定。因此，确定N_p的关键在于确定材料在交变载荷作用下的疲劳裂纹扩展速率da/dN，材料的da/dN越低，N_p越长；da/dN越高，则N_p越短。这也对材料科学家提出了更高的要求，所研制的材料不仅需具备良好的静强度和疲劳性能，还应具有较好的抗裂纹扩展能力（即有较低的da/dN）。

da/dN定义为交变载荷或应力作用下，每循环一周所产生的裂纹扩展量Δa。在裂纹扩展过程中，da/dN是不断变化的，对于每一瞬时的da/dN，等于疲劳裂纹扩展a-N曲线（见图14-8）在该点的斜率，并近似为该点的裂纹扩展量Δa与载荷循环数增量ΔN的比值，即(www.xing528.com)

da/dN=Δa/ΔN （14-4）

图14-8 疲劳裂纹扩展a-N曲线