航空材料力学性能检测中应力比对结果的影响

大量试验结果表明，应力比R对材料的疲劳裂纹扩展速率有显著影响。图14-12所示为7075-T6铝合金在不同R值下的疲劳裂纹扩展da/dN-ΔK曲线。由图14-12可见，在ΔK一定时，R值越大da/dN越高，且不同R值下的da/dN-ΔK曲线在双对数坐标中基本呈线性关系，这符合Paris公式对其扩展规律的描述。

对于确定的结构形式和裂纹长度，当ΔK一定时，由式（14-1）可知应力幅Δσ也是恒定的。由于平均应力σ_m可表示为

因此，增大R值则相当于增大σ_m值。结合R对da/dN的影响关系可知，较大的平均应力σ_m会使材料的da/dN增高。这种效应的一个实际例子是材料表面的残余应力对其疲劳裂纹扩展性能的影响。一般情况下，表面残余拉应力与正向平均应力起着相同的作用，加速裂纹扩展；反之，表面残余压应力能起到负向平均应力的作用，从而降低材料的da/dN。因此，为降低构件中裂纹的da/dN，在制造或修理构件时经常采用渗碳、渗氮、表面滚压、喷丸强化等工艺来引入残余压应力，以达到有效提高构件抗裂纹扩展能力的目的。图14-13所示为碳钢表面层应力状态分别为残余拉应力（σ_r＞0）、残余压应力（σ_r＜0）和无残余应力（σ_r=0）时，裂纹长度与循环次数的关系。由图14-13可见，残余拉应力加速裂纹的da/dN，而残余压应力则减速其da/dN。

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图14-12 7075-T6铝合金在不同R值下的疲劳裂纹扩展da/dN-ΔK曲线

图14-13 残余应力（即平均应力或应力比）对碳钢裂纹的da/dN的影响