近日，能動學院青年教師楊杰在疲勞領域頂級期刊《國際疲勞雜志》（International Journal of Fatigue，中科院一區(qū)TOP，IF：5.489）連續(xù)發(fā)表兩篇論文。其中，以第一作者身份發(fā)表論文“一種新的疲勞裂紋擴展模型的數(shù)學建模及疲勞裂紋擴展速率與拘束的關聯(lián)”（Numerical modelling of a new FCP model and a correlation of the FCP rate with the constraint），上海理工大學為第一單位；以第一通訊作者身份發(fā)表論文“一種新的蠕變-疲勞裂紋擴展模型及蠕變-疲勞裂紋擴展速率與統(tǒng)一拘束參數(shù)的關聯(lián)”（A new creep-fatigue crack growth model and a correlation of the creep-fatigue crack growth rate with unified constraint parameter），上海理工大學為第二單位。

疲勞是影響結構壽命與可靠性的重要因素。據(jù)統(tǒng)計，80％以上的工程結構破壞與疲勞有關。十九世紀初期，發(fā)生于鐵路機車、鐵軌以及橋梁的疲勞斷裂最早引起了人們對疲勞問題的關注。近年來，由于航空技術的迅速興起，疲勞強度問題的重要性表現(xiàn)得愈發(fā)突出。

與疲勞一樣，“拘束”也是影響材料斷裂行為與結構壽命的重要因素。拘束是指試樣或結構對裂紋尖端材料塑性變形的阻礙，與試樣或結構的形狀、大小、所含裂紋的尺寸密切相關。當用高拘束試樣的斷裂韌性測定值評定低拘束含缺陷結構的完整性時將會得到保守的評定結果，導致不必要的維修或報廢，產生較大的經濟損失；當用其評定更高拘束的結構裂紋時，又將得到非保守的評定結果，從而產生危險。

在航空航天裝備領域，疲勞與拘束同時存在，共同影響著材料的斷裂行為與結構的壽命。因此，為了保障航空航天裝備的長壽命和高可靠性運行，迫切需要在研究中兼顧疲勞與拘束。為此，需要做好兩項基礎工作：澄清拘束對疲勞行為的影響規(guī)律和本質、建立拘束與疲勞行為的關聯(lián)。

基于此，該工作以航空發(fā)動機常用材料GH4169合金為研究對象，首先建立了新的疲勞裂紋擴展模型和蠕變-疲勞裂紋擴展模型，利用建立的模型，分別對不同拘束下GH4169合金的疲勞和蠕變-疲勞裂紋擴展行為進行了研究。并基于統(tǒng)一拘束參數(shù)Ap，分別建立了拘束與GH4169合金疲勞、蠕變-疲勞裂紋擴展速率的關聯(lián)，澄清了疲勞、蠕變-疲勞裂紋擴展速率隨拘束變化的規(guī)律和本質。該工作在國際上首次建立了拘束與疲勞裂紋擴展速率、拘束與蠕變-疲勞裂紋擴展速率之間的線性關聯(lián)；強調疲勞、蠕變-疲勞裂紋擴展速率在很大程度上取決于裂紋尖端等效塑性應變等值線所包圍區(qū)域的面積，而不是塑性區(qū)長度；解決了將實驗室中測定的疲勞行為向實際結構進行移植的難題，為航空發(fā)動機的長壽命和高可靠性運行提供了保障。

中國工程院院士涂善東教授、俄羅斯科學院院士Valery Shlyannikov教授和華東理工大學張顯程教授等共同參與了此項研究。研究得到了國家自然科學基金（51975378、52005185）、國家自然科學基金中俄聯(lián)合基金（52011530036）和上海市浦江人才（21PJD047）的資助。

疲勞裂紋擴展模型和蠕變-疲勞裂紋擴展模型框架

拘束與疲勞、蠕變-疲勞裂紋擴展速率的關聯(lián)

實驗室中測定的疲勞行為向航空發(fā)動機的移植

文章鏈接：

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

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

供稿：能動學院