科教之窗

能动学院青年教师杨杰在疲劳领域顶级期刊《国际疲劳杂志》发表论文

2022-09-15797编辑:董真摄影:

近日,能动学院青年教师杨杰在疲劳领域顶级期刊《国际疲劳杂志》(International Journal of Fatigue,中科院一区TOP,IF:5.489)连续发表两篇论文。其中,以第一作者身份发表论文“一种新的疲劳裂纹扩展模型的数学建模及疲劳裂纹扩展速率与拘束的关联”(Numerical modelling of a new FCP model and a correlation of the FCP rate with the constraint),上海理工大学为第一单位;以第一通讯作者身份发表论文“一种新的蠕变-疲劳裂纹扩展模型及蠕变-疲劳裂纹扩展速率与统一拘束参数的关联”(A new creep-fatigue crack growth model and a correlation of the creep-fatigue crack growth rate with unified constraint parameter),上海理工大学为第二单位。

疲劳是影响结构寿命与可靠性的重要因素。据统计,80%以上的工程结构破坏与疲劳有关。十九世纪初期,发生于铁路机车、铁轨以及桥梁的疲劳断裂最早引起了人们对疲劳问题的关注。近年来,由于航空技术的迅速兴起,疲劳强度问题的重要性表现得愈发突出。

与疲劳一样,“拘束”也是影响材料断裂行为与结构寿命的重要因素。拘束是指试样或结构对裂纹尖端材料塑性变形的阻碍,与试样或结构的形状、大小、所含裂纹的尺寸密切相关。当用高拘束试样的断裂韧性测定值评定低拘束含缺陷结构的完整性时将会得到保守的评定结果,导致不必要的维修或报废,产生较大的经济损失;当用其评定更高拘束的结构裂纹时,又将得到非保守的评定结果,从而产生危险。

在航空航天装备领域,疲劳与拘束同时存在,共同影响着材料的断裂行为与结构的寿命。因此,为了保障航空航天装备的长寿命和高可靠性运行,迫切需要在研究中兼顾疲劳与拘束。为此,需要做好两项基础工作:澄清拘束对疲劳行为的影响规律和本质、建立拘束与疲劳行为的关联。

基于此,该工作以航空发动机常用材料GH4169合金为研究对象,首先建立了新的疲劳裂纹扩展模型和蠕变-疲劳裂纹扩展模型,利用建立的模型,分别对不同拘束下GH4169合金的疲劳和蠕变-疲劳裂纹扩展行为进行了研究。并基于统一拘束参数Ap,分别建立了拘束与GH4169合金疲劳、蠕变-疲劳裂纹扩展速率的关联,澄清了疲劳、蠕变-疲劳裂纹扩展速率随拘束变化的规律和本质。该工作在国际上首次建立了拘束与疲劳裂纹扩展速率、拘束与蠕变-疲劳裂纹扩展速率之间的线性关联;强调疲劳、蠕变-疲劳裂纹扩展速率在很大程度上取决于裂纹尖端等效塑性应变等值线所包围区域的面积,而不是塑性区长度;解决了将实验室中测定的疲劳行为向实际结构进行移植的难题,为航空发动机的长寿命和高可靠性运行提供了保障。

中国工程院院士涂善东教授、俄罗斯科学院院士Valery Shlyannikov教授和华东理工大学张显程教授等共同参与了此项研究。研究得到了国家自然科学基金(51975378、52005185)、国家自然科学基金中俄联合基金(52011530036)和上海市浦江人才(21PJD047)的资助。

疲劳裂纹扩展模型和蠕变-疲劳裂纹扩展模型框架

 

拘束与疲劳、蠕变-疲劳裂纹扩展速率的关联

实验室中测定的疲劳行为向航空发动机的移植


文章链接:

https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2022.107036

https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2022.107248



供稿:能动学院