對接焊縫初始缺陷對疲勞壽命影響規(guī)律研究

趙 秋, 唐 琨, 黃冠銘, 林錚哲

(福州大學(xué) 土木工程學(xué)院,福建 福州 350116)

正交異性鋼橋面板是一種常見的鋼結(jié)構(gòu),它由不同的鋼構(gòu)件焊接而成,因具有自重小、抗彎及抗風(fēng)性能好、安裝便捷等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用[1]。由于正交異性鋼橋面板的構(gòu)造特點,其疲勞損傷常有發(fā)生,已經(jīng)成為大跨度鋼橋在運營期間的主要病害之一。疲勞裂紋多起源于焊縫,焊縫是正交異性鋼橋面板結(jié)構(gòu)中最為薄弱的節(jié)點,而焊接質(zhì)量是影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能的關(guān)鍵因素。焊縫質(zhì)量評價規(guī)范[2]中以焊縫中存在的缺陷類別、數(shù)量作為質(zhì)量評價的依據(jù),焊接缺陷會明顯減小結(jié)構(gòu)的有效承載面積,在缺陷周圍引發(fā)應(yīng)力集中現(xiàn)象,導(dǎo)致裂紋的萌生及擴展。利用各類焊接缺陷檢測手段,結(jié)合工程實際和相關(guān)規(guī)范,文獻[3-4]已對焊接結(jié)構(gòu)中可能存在的各類缺陷進行了較詳盡的調(diào)研。根據(jù)缺陷的性質(zhì)和特征可將焊接缺陷分為體積型缺陷和面積型缺陷,其中體積型缺陷包括孔穴、固體夾雜;面積型缺陷包括裂紋、未熔合及未焊透。對接焊縫是正交異性鋼橋面板中常見的焊縫形式,鋼箱梁節(jié)段間的對接焊縫通常在施工現(xiàn)場施焊,因而焊接極易產(chǎn)生缺陷。縱肋及頂板對接焊縫主要裂紋擴展形式有2種[5]:① 起源于焊趾位置,沿著加勁肋的板厚延伸;② 起源于焊縫中線,沿著焊喉開裂到焊縫表面,裂紋擴展會對鋼橋面板的疲勞性能造成嚴(yán)重的影響。

現(xiàn)有焊接結(jié)構(gòu)的疲勞性能評估方法有名義應(yīng)力法和熱點應(yīng)力法,此類方法雖操作簡便,但只能基于構(gòu)件的宏觀受力特性進行評估,無法得到構(gòu)件在不同焊接缺陷下的具體疲勞性能表現(xiàn)。而以裂紋為研究對象的斷裂力學(xué)法[6-8]很好地填補了這一空白,區(qū)別于上述方法其能夠跟蹤記錄并計算裂紋每個擴展步的步長、擴展角、應(yīng)力強度因子和疲勞壽命等關(guān)鍵信息,從而對缺陷致疲勞行為進行研究,最終建立起缺陷與構(gòu)件疲勞性能的關(guān)系。基于此法對鋼橋面板構(gòu)造細節(jié)疲勞性能的研究已有先例,文獻[9]以縱肋-橫隔板連接處為研究對象,建立了疲勞裂紋的三維擴展數(shù)值模擬方法,并通過試驗驗證了所提方法的可行性和有效性,在此基礎(chǔ)上對該部位三維疲勞裂紋的擴展特性和疲勞壽命的預(yù)測進行了研究;文獻[10-11]分別以縱肋與頂板、縱肋與橫隔板連接細節(jié)為對象,建立表面焊接缺陷效應(yīng)評價方法,探究了不同尺寸初始缺陷的疲勞壽命,但并未研究初始缺陷參數(shù)影響鋼橋面板對接焊縫疲勞性能的規(guī)律,因此本文基于斷裂力學(xué)并運用有限元軟件,研究不同初始參數(shù)下缺陷對頂板及縱肋對接焊縫疲勞壽命的影響規(guī)律。

1 疲勞裂紋擴展原理

(1)

其中:ΔKⅠ、ΔKⅡ、ΔKⅢ分別為Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型應(yīng)力強度因子幅值;ν為泊松比。

裂紋擴展過程中存在門檻值ΔKth及斷裂韌性值KC,ΔKeff低于門檻值則無裂紋擴展,高于斷裂韌性值則發(fā)生快速失穩(wěn)斷裂,而在其間時裂紋穩(wěn)定擴展,此區(qū)域稱為Paris區(qū),該區(qū)域裂紋擴展速率公式可采用修正的Paris公式,即

(2)

其中,C、m為裂紋擴展的關(guān)鍵參數(shù),C與材料物理特性、荷載模式相關(guān),m僅與材料有關(guān)。

為提高裂紋擴展計算的準(zhǔn)確性,將擴展過程分為多個步驟,每一步驟需要計算裂紋擴展的步長及裂紋擴展面方向,其中步長計算公式為:

(3)

其中:ΔKi為i節(jié)點應(yīng)力強度因子幅值;ΔKmedian為裂紋尖端應(yīng)力強度因子幅值中位數(shù);Δai為i節(jié)點擴展步長;Δamedian為應(yīng)力強度因子幅值中位數(shù)所對應(yīng)的擴展步長;n通常取值為1。

明確了裂紋擴展步長后,還需對裂紋面擴展方向進行計算,即裂紋面擴展角度θ的確定。目前較多采用最大周向拉應(yīng)力理論進行計算,即

(4)

在實際工程結(jié)構(gòu)中,隨著荷載循環(huán)次數(shù)的增加,疲勞裂紋會從初始缺陷處逐漸開始擴展。基于經(jīng)典的Paris公式,疲勞壽命N計算公式為:

(5)

其中:a0、af分別為初始裂紋尺寸、裂紋擴展結(jié)束時長度。

2 ABAQUS與FRANC3D聯(lián)合數(shù)值模擬

FRANC3D軟件基于斷裂力學(xué)理論,能夠?qū)こ探Y(jié)構(gòu)在較復(fù)雜的載荷條件以及裂紋形態(tài)下進行裂紋擴展分析,FRANC3D與ABAQUS的聯(lián)合運用在航空、車輛、造船等領(lǐng)域已經(jīng)成熟應(yīng)用[13-16]。

選擇某三點彎曲梁疲勞試驗[17],對基于ABAQUS與FRANC3D所建立的聯(lián)合評估方法進行驗證。模型參數(shù)為:梁長380 mm,梁高80 mm,梁寬10 mm,梁底部兩側(cè)支承點距離邊緣各30 mm,在試件底部中點位置開有寬度為2 mm的槽口,槽口深度為15 mm,與水平面間的夾角分別為60°、75°,槽口根部開有2 mm深度的尖銳缺口。

在梁頂部中間加載點施加疲勞荷載,最大荷載Fmax=9 kN,應(yīng)力比R=0.1,試件材料為低碳鋼,故設(shè)置材料彈性模量E=2.10×105MPa,泊松比ν=0.3,Paris裂紋擴展參數(shù)分別為C=7.5×10-12,m=2.75,ΔKth=2 MPa·m1/2,Kc=300 MPa·m1/2。試驗試件及植入缺陷后的有限元模型如圖1所示。

圖1 試件及有限元模型

在ABAQUS軟件中建立模型,并將“inp”文件導(dǎo)入FRANC3D軟件,使用FRANC3D劃分子模型,在槽口根部植入深度為2 mm的初始缺陷。

通過數(shù)值模擬和疲勞試驗得到的a-N曲線對比如圖2所示。由圖2可知,模擬值與試驗值能較好地吻合,且裂紋擴展試驗路徑與模擬路徑基本一致,因此ABAQUS與FRANC3D聯(lián)合評估方法能較好地預(yù)測構(gòu)件的疲勞壽命以及裂紋開裂路徑,具有較高的準(zhǔn)確性與可靠性。

圖2 模擬數(shù)據(jù)與試驗數(shù)據(jù)對比

3 簡化分析

3.1 結(jié)構(gòu)簡化

縱肋對接焊縫疲勞細節(jié)受力與等效如圖3所示。

圖3 縱肋對接焊縫疲勞細節(jié)受力與等效

縱肋對接焊縫會隨著車輛荷載作用位置的變化而循環(huán)承受拉壓應(yīng)力,車輛荷載作用在不同位置時,鋼橋面板對接焊縫應(yīng)力分布如圖3中Ⅲ所示,由圖3中Ⅲ可知,當(dāng)車輛荷載作用在圖3中Ⅰ位置① 時,縱肋下翼緣對接焊縫承受壓應(yīng)力,而頂板對接焊縫承受拉應(yīng)力;作用在圖3中Ⅰ中位置② 時縱肋下翼緣對接焊縫承受拉應(yīng)力,而頂板對接焊縫承受壓應(yīng)力。根據(jù)該細節(jié)構(gòu)造特點以及受力特點,可采用對接焊縫這一基本構(gòu)造進行等效,如圖3中Ⅳ所示。

依據(jù)GB 50661—2011中表8.2.2、表8.3.2及表A.0.3擬定焊縫外觀尺寸,初始缺陷形態(tài)如圖3中Ⅱ所示,采用ABAQUS中實體單元(C3D8R)建模,材料采用Q345qD鋼材,彈性模量為2.06×105MPa,泊松比為0.3,為便于分析將焊縫和熔合區(qū)材性與母材保持一致。邊界條件設(shè)置為約束母材一端X、Y、Z方向的位移,約束另一端Y、Z方向的位移。依據(jù)JTG D64—2015附錄C中表C.0.3的構(gòu)造細節(jié)①,得到磨平余高后焊縫對應(yīng)的細節(jié)類別值為110 MPa。采用ABAQUS模塊Load中的荷載類型Pressure,設(shè)置荷載最小值為12.2 MPa,荷載最大值為122.2 MPa,此時應(yīng)力比為0.1,由此得到的焊縫處名義應(yīng)力幅值正好與規(guī)范細節(jié)類別值110 MPa一致。

3.2 缺陷簡化

在斷裂力學(xué)分析中,各類缺陷評定文獻較多,文獻[18-20]建議引入半橢圓形和橢圓形分別作為表面和內(nèi)部面積型初始缺陷形態(tài),如圖4所示。

圖4 初始缺陷形態(tài)

圖4中:a0為橢圓短半軸長度,即初始裂紋尺寸;c0為橢圓長半軸長度。裂紋擴展研究中還需確定臨界裂紋尺寸af,當(dāng)裂紋擴展達到臨界尺寸時表明此時結(jié)構(gòu)已發(fā)生疲勞破壞。文獻[20]建議將板件厚度的1/2～2/3作為臨界裂紋尺寸,因此本文取板厚的1/2為臨界值。

4 表面缺陷

4.1 表面疲勞開裂過程

采用ABAQUS與FRANC3D聯(lián)合數(shù)值模擬方法進行疲勞計算,根據(jù)有限元建模所采用的Q345qD鋼材,并參考文獻[12]中給出的空氣中鋼材的疲勞裂紋擴展速率參數(shù)值,即m=2.88、C=8.32×10-12;IIW推薦鋼材裂紋擴展參數(shù)為m=3、C=1.65×10-11;文獻[21]綜合考慮應(yīng)力比的影響,當(dāng)鋼材板厚為23.5 mm時,m=2.67、C=1.45×10-11;文獻[22]指出Q345試件受3點彎曲荷載作用,在應(yīng)力比為0.1時,其裂紋擴展參數(shù)為m=4、C=3.25×10-12。上述文獻表明裂紋擴展參數(shù)因制作質(zhì)量、板厚、應(yīng)力比的不同有一定的差異,但參數(shù)取值在一定范圍內(nèi)。折中取值擬定本文的裂紋擴展關(guān)鍵參數(shù)為m=3,C=8.32×10-12。參考國際焊接學(xué)會推薦的門檻值,即ΔKth=2 MPa·m1/2,斷裂韌性值設(shè)置為Kc=300 MPa·m1/2。

以半橢圓形作為初始缺陷形態(tài),尺寸取為短半軸值a0=0.20 mm,長半軸值c0=1.00 mm,缺陷形狀比a0/c0為0.2,并垂直于構(gòu)件表面在焊趾線中點處植入該缺陷。參考現(xiàn)有斷裂力學(xué)算例,為較大程度兼顧計算精度及效率,將每個裂紋擴展步長和裂尖單元環(huán)半徑分別控制在當(dāng)前裂紋特征尺寸的20%和10%,如當(dāng)引入缺陷的深度為0.20 mm時,對應(yīng)裂紋擴展尺寸為0.04 mm,裂尖單元環(huán)半徑為0.02 mm。以此類推,因此裂紋擴展步和裂尖單元環(huán)半徑兩者的絕對值將隨著裂紋尺寸的增大而增加。

疲勞裂紋擴展歷程及擴展過程中其形狀比變化如圖5所示。

圖5 疲勞裂紋擴展形態(tài)及裂紋形狀比變化

圖5中,每一道橢圓弧線或圓弧線都代表著裂紋擴展至該處的形態(tài),而線之間的距離即為每一步裂紋的擴展步長;隨著裂紋的擴展,其形態(tài)由初始的半橢圓形逐漸演變?yōu)榻咏雸A形。由圖5可知,隨著裂紋深度a的增加,裂紋形狀比呈現(xiàn)先快速增大后趨于穩(wěn)定的趨勢,并最終穩(wěn)定值約為0.88。a-N曲線如圖6所示,由圖6可知,疲勞壽命變化趨勢先緩慢后加快,當(dāng)裂紋深度a擴展到臨界值(板件厚度的1/2)時,疲勞壽命為259×104次。

圖6 表面缺陷a-N曲線

4.2 表面缺陷形狀比的影響

依據(jù)上述缺陷評定文獻[18-20],仍以半橢圓形作為初始缺陷形態(tài),并垂直于構(gòu)件表面在焊趾線中點處植入該缺陷。文獻[12]建議缺陷形狀比a0/c0取值為0.2,因此分別取缺陷形狀比a0/c0為0.1、0.2、0.4、0.6進行分析。為確保裂紋能正常開裂,取缺陷深度方向尺寸短半軸值a0分別為0.20、0.40、0.60 mm。各組缺陷植入時裂紋短軸方向應(yīng)力強度因子KⅠ隨形狀比變化如圖7a所示,疲勞壽命隨形狀比變化如圖7b所示。

由圖7a可知,應(yīng)力強度因子隨不同形狀比缺陷的變化趨勢相同,即隨形狀比的增加而減少,并隨著短半軸長度的增加而增加,不同短半軸長度間存在明顯的梯度;由圖7b可知,疲勞壽命隨著缺陷形狀比的增大而增加,且各缺陷變化規(guī)律及幅度基本一致,鎖定初始缺陷短軸a0不變,缺陷形狀比從0.10增大到0.60,則長半軸c0分別由2.00、4.00、6.00 mm變換到0.33、0.67、1.00 mm,壽命總增加幅度約為67.1%～110.2%,可見疲勞壽命對于缺陷形狀比較為敏感,并且疲勞壽命長短與植入缺陷時裂紋前沿短軸方向應(yīng)力強度因子大小之間負相關(guān)。

4.3 表面缺陷尺寸的影響

仍以半橢圓形作為初始缺陷形態(tài),分別取焊趾中點與邊緣點這兩處代表性點位進行植入。鋼橋的焊接缺陷尺寸普遍較大,因此鎖定缺陷形狀比a0/c0=0.2不變,依次選定短半軸值a0為0.20、0.35、0.50、1.00、1.50 mm,則對應(yīng)長半軸值c0分別為1.00、1.75、2.50、5.00、7.50 mm。不同缺陷尺寸的疲勞壽命及缺陷植入時裂紋短軸方向的應(yīng)力強度因子如圖8所示。由圖8可知,中點及邊緣點處缺陷應(yīng)力強度因子隨尺寸的增加而增加,且兩處應(yīng)力強度因子大小基本一致;中點及邊緣點處缺陷疲勞壽命隨著缺陷尺寸的增加而減少,中點處減少幅度約為45.8%,邊緣點處減少幅度約為47.1%。由此可知缺陷尺寸對疲勞性能具有明顯影響,規(guī)律為缺陷尺寸越大對應(yīng)疲勞壽命越小,并且中點及邊緣點處變化規(guī)律及幅度基本一致。與4.2節(jié)相同,植入缺陷時短軸方向應(yīng)力強度因子越大其疲勞壽命越短。

圖8 基于表面缺陷尺寸變化的疲勞壽命

4.4 表面缺陷方向的影響

以半橢圓形作為初始缺陷形態(tài),尺寸取短半軸值a0=0.20 mm、長半軸值c0=1.00 mm,即缺陷形狀比a0/c0取值為0.2。分別取焊趾中點與邊緣點這兩處代表性點位,以缺陷平面與植入處表面的夾角度數(shù)為研究參數(shù),通過試算發(fā)現(xiàn)當(dāng)角度小于30°時裂紋基本不擴展,因此設(shè)置30°、45°、60°、90°這4個角度參數(shù)。不同缺陷方向的疲勞壽命及缺陷植入時裂紋短軸方向的應(yīng)力強度因子如圖9所示。

圖9 基于表缺陷方向變化的疲勞壽命

由圖9可知,中點及邊緣點處缺陷應(yīng)力強度因子隨植入角度的增加而增加,且兩處應(yīng)力強度因子大小基本一致;中點及邊緣點處缺陷疲勞壽命隨著植入角度的增加而減少,中點處減少幅度約為60.1%,邊緣點處減少幅度約為59.3%。由此可知,缺陷方向?qū)ζ谛阅芫哂忻黠@影響,規(guī)律為植入角度越大對應(yīng)疲勞壽命越小,并且中點及邊緣點處變化規(guī)律及幅度基本一致。因為該方向角度的變化范圍為0°～90°,所以從分析結(jié)果可知,對疲勞性能最不利的缺陷角度為90°。本節(jié)得到的疲勞壽命隨缺陷方向變化規(guī)律與文獻[23]提出的理論相似,即材料構(gòu)件的疲勞性能與垂直于最大拉應(yīng)力平面上的缺陷投影面積成正相關(guān)。

5 內(nèi)部缺陷

5.1 內(nèi)部疲勞開裂過程

由于內(nèi)部缺陷較表面缺陷更不易開裂[10],為獲得更好的裂紋計算結(jié)果,依據(jù)缺陷評定文獻[18-20],此處將初始缺陷尺寸取為短半軸值a0=0.50 mm,長半軸值c0=2.50 mm,形態(tài)為橢圓形。在焊趾處橫截面的中點植入該內(nèi)部缺陷,缺陷平面與構(gòu)件表面垂直。裂紋擴展時每個擴展步長及裂尖單元環(huán)半徑的設(shè)置原則同表面缺陷,裂紋擴展參數(shù)仍同表面缺陷分析一致。疲勞裂紋擴展形態(tài)及裂紋形狀比變化如圖10所示,隨著裂紋的擴展,其形態(tài)由初始的橢圓形逐漸演變?yōu)榻咏鼒A形;隨著裂紋深度的增加,裂紋形狀比呈現(xiàn)先快速增大后逐漸穩(wěn)定的趨勢,最終值約為0.80。由此可得,裂紋垂直深度方向(缺陷長軸方向)擴展尺寸為10.0 mm(該尺寸與板厚比值為0.63)。a-N曲線如圖11所示,疲勞壽命變化趨勢為先緩慢后加快;當(dāng)裂紋深度a擴展到臨界值(板件厚度的1/2,為8.0 mm)時,疲勞壽命為2 017×103次。

圖10 疲勞裂紋擴展形態(tài)及裂紋形狀比變化

圖11 內(nèi)部缺陷a-N曲線

5.2 內(nèi)部缺陷形狀比的影響

以橢圓形作為初始缺陷形態(tài),缺陷的植入位置同5.1節(jié)。參考4.2節(jié)取缺陷形狀比a0/c0為0.1、0.2、0.4、0.6進行分析。為確保裂紋能正常開裂,取缺陷深度方向尺寸短半軸值a0分別為0.50、0.60、0.70 mm。各組缺陷裂紋前沿短軸方向應(yīng)力強度因子KⅠ隨形狀比的變化如圖12a所示,各組缺陷隨形狀比變化的疲勞壽命如圖12b所示。由圖12a可知,應(yīng)力強度因子隨不同形狀比缺陷的變化趨勢相同,即隨形狀比的增加而減少,與表面缺陷一致;由圖12b可知,疲勞壽命隨著缺陷形狀比的增大而增加,且各缺陷變化規(guī)律基本一致,鎖定初始缺陷短半軸a0不變,當(dāng)缺陷形狀比從0.10增大到0.60,疲勞壽命總增加幅度為77.2%～103.1%,可見疲勞壽命對于缺陷形狀比較為敏感。

圖12 不同形狀比的內(nèi)部缺陷

5.3 內(nèi)部缺陷尺寸的影響

以橢圓形作為初始缺陷形態(tài)。將缺陷植入焊趾線截面的中點位置,鎖定缺陷形狀比a0/c0=0.2不變,依次選定a0值為0.50、0.70、1.00、1.50、2.00 mm,則對應(yīng)c0值分別為2.50、3.50、5.00、7.50、10.00 mm。不同缺陷尺寸的疲勞壽命及缺陷植入時裂紋短軸方向的應(yīng)力強度因子如圖13所示。

由圖13可知,應(yīng)力強度因子隨缺陷尺寸的增加而增加,疲勞壽命隨缺陷尺寸的增加而減少,減少幅度約為68.9%;將疲勞壽命差值除以尺寸差值,得到疲勞壽命隨尺寸變化的平均速率為92.7×104次/mm。由此可知,缺陷尺寸對疲勞性能具有明顯影響,規(guī)律為尺寸越大對應(yīng)疲勞壽命越小。另外,通過表面缺陷尺寸影響分析結(jié)果對比可得,同等缺陷深度尺寸下,內(nèi)部缺陷比表面缺陷的疲勞壽命增加約24.3%,可見內(nèi)部缺陷對構(gòu)件疲勞性能的危害程度相較于表面缺陷更小。

5.4 內(nèi)部缺陷方向的影響

以橢圓形作為初始缺陷形態(tài),尺寸取短半軸值a0=0.50 mm,長半軸值c0=2.50 mm。將缺陷植入沿焊趾線截面的中點位置,以缺陷平面與構(gòu)件頂面(或底面)的夾角度數(shù)為研究參數(shù),設(shè)置30°、45°、60°、90°這4個角度參數(shù)。不同缺陷方向的疲勞壽命及缺陷植入時裂紋短軸方向的應(yīng)力強度因子如圖14所示。

圖14 基于內(nèi)部缺陷方向變化的疲勞壽命

圖14中,植入角度為30°時應(yīng)力強度因子低于門檻值并未開裂,此處的疲勞壽命為降低門檻值后得到的。由圖14可知,中點處缺陷應(yīng)力強度因子隨植入角度的增加而增加,總增加幅度為疲勞壽命隨著夾角度數(shù)的增加而減少,總減少幅度約為62.3%。由此可知缺陷方向?qū)ζ谛阅芫哂忻黠@影響,規(guī)律為夾角度數(shù)越大對應(yīng)疲勞壽命越小,且對疲勞性能最不利的缺陷角度為90°,同時中點及邊緣點處變化規(guī)律及幅度基本一致。

6 結(jié) 論

本文對正交異性鋼橋面板中的縱肋及頂板對接焊縫進行了結(jié)構(gòu)等效與受力分析,得到了該細節(jié)的基本焊接構(gòu)造及對應(yīng)受力狀態(tài)。隨后分析了關(guān)于表面與內(nèi)部缺陷的疲勞開裂特性,并分別基于形狀比、方向、尺寸等缺陷參數(shù)進行疲勞壽命變化規(guī)律分析。具體結(jié)論如下:

(1) 基于斷裂力學(xué)理論建立的ABAQUS與FRANC3D聯(lián)合評估方法能夠較為準(zhǔn)確地模擬出裂紋擴展深度與疲勞壽命之間的關(guān)系曲線,適用于含缺陷構(gòu)件的疲勞性能評估。

(2) 表面缺陷在裂紋擴展過程中的形態(tài)由初始的半橢圓形逐漸演變?yōu)榻咏雸A形;內(nèi)部缺陷在裂紋形態(tài)由初始的橢圓形逐漸演變?yōu)榻咏鼒A形。

(3) 含不同形狀比及角度初始缺陷的試件在疲勞壽命上出現(xiàn)了顯著的差異。鎖定短半軸長度,當(dāng)形狀比從0.1增加至0.6時,疲勞壽命平均增加幅度分別為88.7%(表面缺陷)和90.2%(內(nèi)部缺陷);鎖定缺陷尺寸不變,當(dāng)缺陷植入角度從30°增大到90°時,平均減少幅度為59.7%(表面缺陷)和62.3%(內(nèi)部缺陷)。

(4) 含內(nèi)部缺陷或表面缺陷試件的疲勞壽命對初始缺陷尺寸變化的敏感程度不同。對于表面缺陷,鎖定形狀比a0/c0=0.2不變,依次選定短半軸值a0為0.20、0.35、0.50、1.00、1.50 mm,疲勞壽命減少幅度約為46.5%,對于內(nèi)部缺陷,同樣鎖定形狀比a0/c0=0.2,短半軸值a0分別取為0.50、0.70、1.00、1.50、2.00 mm,疲勞壽命減少幅度約為68.9%。

(5) 植入不同缺陷后獲得的裂紋短軸方向應(yīng)力強度因子大小可在一定程度上反映疲勞壽命的差別,應(yīng)力強度因子越小疲勞壽命越大;反之亦然。