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疲劳显著影响结构的安全、稳定服役。已有实验研究表明，循环加载下，增加加载频率会减少循环过程中每圈的塑性应变累积，从而降低裂纹扩展速率。为准确描述加载频率对裂纹扩展速率的影响，考虑率相关性的循环内聚力模型得到一定发展。然而，现有循环内聚力模型大多基于定频加载描述材料的裂纹扩展过程。来自浙江大学的陶伟明教授团队发展了一种可描述变频加载对疲劳损伤演化影响的模型，通过含预制裂纹的反复拉伸和三点弯曲模拟，分析变频加载对裂纹扩展速率的影响。 本文基于梯形循环内聚力模型（图1），使用向后差分法计算应变率，并将应变率的影响引入临界分离力和临界断裂能中，根据每圈的分离位移更新牵引-分离率参数。使用循环跳跃算法，开展不同频率的定频加载下含预制裂纹的反复拉伸模拟，通过与已有文献中的实验、模拟结果对比（图2），验证了所提模型的合理性。 在变频加载的反复拉伸模拟中，控制裂纹在第一阶段频率的加载下扩展Δa1，调整第二阶段的加载频率，使裂纹扩展Δa2。模拟结果表明，由低加载率到高加载率变化时，裂纹扩展速率降低（图3），这与实验结果所呈现的规律相吻合。本文还开展了不同频率的变频三点弯模拟，结果同样表明，裂纹扩展速率随加载率的增大而减小（图4）。 本文在梯形循环内聚力模型中引入加载率的影响，通过自定义单元子程序（UEL）描述变频加载过程中裂纹扩展速率，模拟结果表明提高加载率会降低裂纹扩展速率。在此基础上，本文可结合变频加载下的应力-应变分布，分析塑性累积情况，为模型合理性的验证提供微观尺度的依据。后续可在本文所提模型基础上进一步考虑拉剪相互影响，以描述混合型加载下裂纹扩展速率受加载率的演化规律。文章以“Rate dependent cohesive zone model for fatigue crack growth”为题，发表于International Journal of Mechanical Sciences。全文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2024.109144。 图1 考虑率相关性内聚力模型的牵引-分离率 图2 不同频率对定频反复拉伸下的裂纹扩展长度和疲劳寿命的影响图3 不同频率的变频反复拉伸下的裂纹扩展长度和疲劳寿命曲线 图4 不同频率的变频三点弯下的裂纹扩展长度和疲劳寿命曲线
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产品配置单
凯尔测控试验系统（天津）有限公司为您提供《评估疲劳裂纹扩展的率相关内聚力模型》，该方案主要用于其它中高分子检测，参考标准《暂无》，《评估疲劳裂纹扩展的率相关内聚力模型》用到的仪器有双轴拉伸测试力学试验系统 IPBF-100、电磁动态疲劳高频试验机 M-12000。
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