裂纹尖端塑性区对金属材料疲劳行为的影响

裂纹尖端塑性区对疲劳裂纹扩展特性有重大的影响。在以往的研究中,人们试图将塑性区作为力学参量引入疲劳裂纹扩展判据，但由于未能解决如何计算裂尖塑性区对应力强度因子的影响问题,疲劳裂纹扩展中许多基本特征至今尚未得到合理阐述。本项研究旨在解决这些长期关注的基础问题：用我们已建立的考虑裂纹尖端塑性区影响的应力强度因子公式，计算交变载荷作用时的有效应力强度因子幅值,代替Paris公式中按完全线弹性计算的应力强度因子幅值,使应力幅、平均应力、加载顺序、过卸载方式、循环比、闭合效应、T应力等对疲劳裂纹扩展特性有重要影响的参数，能用单一参量予以表征,从而为不同载荷条件下的疲劳裂纹速率计算提供统一的方法。本项目是在完全自主创新的学术思想指导下进行,符合疲劳裂纹尖端不可避免地存在塑性变形区的客观情况，能处理现有理论无法解决的问题，因而能从物理本质上更深入广泛地揭示疲劳裂纹扩展规律。

本项研究利用Eshelby等效夹杂理论，将裂尖塑性区等效为有相变应变的均匀夹杂，这样裂纹与塑性区之间相互作用可用Hutchinson的裂纹与相变应变相互作用解获得。由此获得I、II型裂纹塑性校正的应力強度因子(The Plasticity-Corrected Stress Intensity Factor, PC-SIF)解析表达式。以PC-SIF 作为疲劳裂纹扩展的力学参量,成功地描述了不同载荷比、过载延迟效应、双轴疲劳中侧向应力的影响,以及压—压疲劳裂纹的扩展规律。这些都是疲劳领域长期研究但未能解决的关键问题, 在本项目的研究中均已取得重要进展, 相关研究成果在Acta Materialia、 Int J Fatigue等国际学术刊物发表7篇SCI论文。