低周疲劳寿命

材料承受低周疲劳时达到的失效或断裂循环数。可用应变范围Δε与低周疲劳寿命N曲线表示。曲线一般用双对数坐标绘制。纵坐标为总应变范围Δε1，等于弹性应变范围Δεe和塑性应变范围Δεp之和；横坐标为低周疲劳寿命或失效循环数N。其寿命一般不超过5X104，最高不大于105。根据疲劳断裂过程，零件的疲劳总寿命等于疲劳裂纹起始寿命Nf(或裂纹形成寿命)与疲劳裂纹扩展寿命Np之和。在估算寿命时，常用材料的低周疲劳寿命N代表Nf进行计算，Nf包括裂纹成核、微裂纹形成的扩展，直至出现工程裂纹为止所需循环数的总和。

单晶合金的低周疲劳寿命由于低周疲劳需要大量的试样，试验周期也很长，获得一批数据必须付出较大的代价，因此在进行低周疲劳性能研究的同时，用材料的常规力学性能数据来估算DD6合金的低周疲劳寿命具有重要意义。由于发动机涡轮叶片根部所受的力为多轴应力，所以需要测定各种取向下单晶高温合金的低周疲劳寿命。但是由于单晶的生长制备十分复杂，长成的单晶很难严格控制其精确取向，所以得到的单晶均为一定范围内与理想取向存在偏差的晶体，这在单晶合金的生成过程中被认为是合格的。而单晶高温合金的低周疲劳寿命又强烈依赖于取向，对于在一定范围内随机分布的取向无法通过试验逐一进行测定，所以用无损检测的方法对各种取向下的单晶合金的低周疲劳寿命进行预测就更为迫切。从温度对于屈服应力的影响来说，760℃时会出现镍基单晶高温合金在中温附近的峰值应力。超过该温度，镍基单晶的屈服应力会随温度的上升而迅速下降，980C处于该屈服应力迅速下降的区域。这是因为两个温度下的变形机制发生了变化，这种变化从低周疲劳寿命中也可以反映出来。

从下图中可以看出，对于[001]取向，在所研究的两种温度下，DD6合金的低周疲劳寿命大体相当。但在不同的总应变幅范围内，又有不同的趋势，可以分为两个部分：在较高总应变幅的条件下，760℃的低周疲劳寿命低于980℃；在较低总变幅的条件下，760℃的低周疲劳寿命高于980℃。随着总应变幅的降低，这种寿命的差异逐渐变大。并且，在两种温度下，寿命随总应变幅变化的幅度也有不同。980℃下寿命对于总应变幅的变化比760℃更为敏感。这也反映了两种温度下，累积损伤机制的不同。从下面对滞后能密度的分析可以看出，在980℃温度下的低循环过程中，其塑性累积损伤的成分要大于760℃。1

低周疲劳寿命设计汽轮机部件的低周疲劳寿命可分为致裂寿命、裂纹扩展寿命和致断寿命。2

低周疲劳寿命估算估算低周疲劳寿命常用两种方法：①类似常规疲劳设计方法，即用ε-N曲线直接推算出寿命；②用局部应力-应变法估算裂纹形成寿命。2

高温低周疲劳寿命预测1、累积损伤法，如蠕变-疲劳时在拉应力下保持一段时间Δt，则可按线性损伤积累来预测寿命。蠕变疲劳交互作用是两种损伤的积累导致断裂、一部分损伤与时间无关，由应变幅决定疲劳寿命分数，另一部分损伤是依赖于时间的持久寿命分数。不区别蠕变和疲劳损伤在性质上的差别，可以把两部分叠加在一起来预测寿命。

2、CoffinManson法；

3、通用斜率法；

4、10%规则；

5、频率修正法；

6、最大应力修正法；

7、应变-循环修正法。3

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李航 - 副教授 - 西南大学