基于有限元的疲劳裂纹表面附近残余应力分布分析[外文翻译].doc

附件C：译文

基于有限元的疲劳裂纹表面附近残余应力分布分析 G.H.RUBIOLO&J.C.RIOS & P.GARGANO
阿根廷国家原子能委员会材料部，阿根廷布宜诺斯艾利斯自由大道8250（1429）号

摘要——这是一个基于弹塑性有限元模型对疲劳裂纹表面附近残余应力和等价的塑性应变分布的分析研究。重点是寻找裂纹表面残余应力和外加压力强度因子在△K范围内的相互关系。特别要注意的是外加压力和工作硬化等级引起的惯性作用。发现一个特性：裂纹表面残余应力会随着△K的增大而升高，直到△K达到某一极大值后开始降低。裂纹表面残余应力的减少和增长的不稳定性与断裂面下的残余应力及等价塑性应变分布是有关联的。还发现裂纹表面下的残余应力和等价的塑性应变分布都可以用来估算单一的塑性区域的大小或者△Kmax和循环应变范围的大小或△K。◎1998 艾斯维尔科技责任有限公司。
关键词：残余应力、疲劳、有限元、断裂面表面

1. 简介
已经成熟的X射线断口金相检验技术，提供了一种全新的检查断裂表面的方法。在中方法中，发现X射线的参数如从裂纹表面得到的位移及衍射峰的增宽和成形表面以下的外加压力水平有关系。不像断口组织实验那样，这种方法最显著的特征之一是不仅仅能提供裂纹表面上的信息，还有裂纹表面下的信息。
产生在扩大的疲劳裂纹尖端的局部塑性变形在断口表面留下一条不均匀的塑性变形痕迹。从完全恢复的形变到未变形的弹性状态，这条痕迹受到邻近的弹性区域的约束。由于存在这一约束，痕迹上的每个晶粒的晶格处于一致的应变状态，这种应变状态又导致衍射峰自由应力值的转移。另一方面，由于塑性应变，痕迹上的每个晶粒存在不均匀的排列错位。这些错位与非均匀晶格的宏应变有关系，这种宏应变局部扭曲了衍射面的空隙和引起与衍射线相符合的增宽。在导致裂缝扩展的外力不存在的情况下，各种应变都会存留下来。
因此，X射线衍射被用作宏应变测量。而且，存在的应力可以利用包括机械测量的材料弹性常数计算来决定，或者利用包含通过已知应力测量张紧伸长量的校准规程来决定。这种弹性应力与一种叫做残余应力的宏应力有关。衍射峰宽度的增长和一种淬火金属或合金的渐进塑性变形是得到确认的，容易通过实验事实
证实，但是它们不是一般的关系，而且每一种材料的这一属性都必须通过实验确定下来。