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挑战“ΔKeff 是疲劳裂纹扩展的驱动力”假设
Paris、Gomez 和 Anderson 提出了描述疲劳裂纹扩展 (FCG) 的先锋方法，表明 FCG 速率 da/dN 与应力强度因子 (SIF) 范围 Δ K [1] 有很好的相关性。基于这一想法，Paris 和 Erdogan 提出了经典抛物线方程 da/dN = A ⋅ Δ K m ，其中 Δ K = K max – K min 如果 K min ≥ 0 [2] ，该方程通常可以很好地模拟固定载荷条件下的第二阶段 FCG。已经提出了许多类似的方程来考虑由其他参数引起的相关 FCG 效应，例如峰值 SIF K max 或载荷比 R = K min /K max、SIF 范围 FCG 阈值 Δ K th 和断裂韧性 K C ，例如在 [3] 中进行了综述。另一种 FCG 模型是 Elber 的 da/dN = f ( Δ K e ffi ) 假设，该假设基于塑性诱导裂纹闭合 (PICC) 概念，其中，如果 K op > K min ，则 Δ K e ffi = K max – K op ，否则，如果 K op < K min ，则 Δ K e ffi = Δ K ，将 K op 定义为裂纹张开 SIF。通过测量裂纹板在载荷循环过程中的柔顺性，Elber 发现疲劳裂纹可能需要拉伸张开载荷 P op > 0 才能完全张开其表面，因为它们会在包裹它们的塑性尾流内生长 [4] 。然后他假设，只有在载荷 P > P op 下裂纹完全张开后，它们才能暴露尖端，并在其前方承受进一步的疲劳损伤，这样就假设 Δ K e eff 是 FCG 的实际驱动力 [5] 。Elber 的概念可以合理地解释许多 FCG 特性。它们可以解释例如假设裂纹尖端前的塑性区 pz OL 因
经实验验证的多步模拟策略可预测激光冲击喷丸后残余应力场中的疲劳裂纹扩展速率
对于损伤容限设计 [1] 来说，疲劳和腐蚀是航空工业 [2] 中两个主要故障原因。激光冲击喷丸 (LSP) 是一种表面处理技术，可在易受疲劳现象影响的关键区域引入具有较大穿透深度的压缩残余应力。这些压缩残余应力可能导致疲劳裂纹扩展 (FCP) 延缓，如由 AA2024-T3 [3] 组成的 M(T) 试样或搅拌摩擦焊接的 AA7075-T7351 [4] 所示。然而，压缩残余应力的产生总是会导致结构内的拉伸残余应力以保持应力平衡。这些拉伸残余应力可能会导致 FCP 速率加速。因此，准确了解施加的残余应力场并预测由此产生的 FCP 速率对于保证有效且优化地应用 LSP 是必要的。 FCP 模拟中常用的一种策略是计算疲劳载荷循环的最小和最大应力强度因子，并将这些应力强度因子用作 FCP 方程的输入 [5–8] 。所应用的 FCP 方程将裂纹尖端的应力强度因子与 FCP 速率联系起来。这项工作应用了 Paris 和 Erdogan [9] 开发的第一个 FCP 方程、Walker 方程 [10] ，例如，该方程在激光加热引起的残余应力场中成功应用 [11] ，以及 NASGRO 方程 [12] ，该方程现在
已发表版本的引用 (APA)：Keller, S.、Horstmann, M.、Kashaev, N. 和 Klusemann, B. (2019)。经实验验证的多步模拟策略可预测激光冲击喷丸后残余应力场中的疲劳裂纹扩展速率。国际疲劳杂志，124，265-276。https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2018.12.014
对于损伤容错设计 [1] 来说，疲劳和腐蚀是航空工业 [2] 中两个主要故障原因。激光冲击喷丸 (LSP) 是一种表面处理技术，可在易受疲劳现象影响的关键区域引入具有较大穿透深度的压缩残余应力。这些压缩残余应力可能导致疲劳裂纹扩展 (FCP) 延缓，如由 AA2024-T3 [3] 组成的 M(T) 试样或搅拌摩擦焊接的 AA7075-T7351 [4] 所示。然而，压缩残余应力的产生总是会导致结构内的拉伸残余应力以保持应力平衡。这些拉伸残余应力可能会导致 FCP 速率加速。因此，准确了解施加的残余应力场并预测由此产生的 FCP 速率对于保证有效和优化地应用 LSP 是必要的。 FCP 模拟中经常采用的一种策略是计算疲劳载荷循环的最小和最大应力强度因子，并使用这些应力强度因子作为 FCP 方程的输入[5–8]。所应用的 FCP 方程将裂纹尖端的应力强度因子与 FCP 速率联系起来。这项工作应用了 Paris 和 Erdogan [9] 开发的第一个 FCP 方程、Walker 方程 [10]，例如，该方程成功应用于激光加热引起的残余应力场 [11]，以及 NASGRO 方程 [12]，该方程现在经常用于预测 FCP 速率 [5–7]。不同的 FCP 方程具有不同的计算精度和不同的计算效率。
使用基于近场动力学的计算方法模拟裂纹扩展的疲劳退化策略
摘要 本文的目的是开发新的计算工具来研究结构材料中的疲劳裂纹扩展。特别是，我们比较了不同退化策略的性能，以采用基于近场动力学的计算方法研究疲劳裂纹扩展现象。提出了三种疲劳退化定律。其中两个是原创的。首先使用圆柱模型来比较这三种疲劳定律的计算性能，并研究它们对离散化参数变化的稳健性。然后在近场动力学框架中实施疲劳退化策略以进行疲劳裂纹扩展分析。圆柱模型和近场动力学模拟都表明，提出的第三种退化定律在高精度、高稳定性和低计算成本的结合方面是独一无二的。
使用基于近场动力学的计算方法模拟裂纹扩展的疲劳退化策略
摘要 本文的目的是开发新的计算工具来研究结构材料中的疲劳裂纹扩展。特别是，我们比较了不同退化策略的性能，以采用基于近场动力学的计算方法研究疲劳裂纹扩展现象。提出了三种疲劳退化定律。其中两个是原创的。首先使用圆柱模型来比较这三种疲劳定律的计算性能，并研究它们对离散化参数变化的稳健性。然后在近场动力学框架中实施疲劳退化策略以进行疲劳裂纹扩展分析。圆柱模型和近场动力学模拟都表明，提出的第三种退化定律在高精度、高稳定性和低计算成本的结合方面是独一无二的。
PCB 裂纹对采用单晶焊点的无源微电子元件热循环可靠性的影响
无铅锡基焊点通常具有单晶粒结构，取向随机，且特性高度各向异性。这些合金通常比铅基焊料更硬，因此在热循环期间会向印刷电路板 (PCB) 传递更多的应力。这可能会导致靠近焊点的 PCB 层压板开裂，从而提高 PCB 的柔韧性，减轻焊点的应变，进而延长焊料疲劳寿命。如果在加速热循环期间发生这种情况，可能会导致高估现场条件下焊点的寿命。在本研究中，使用偏光显微镜研究了连接陶瓷电阻器和 PCB 的 SAC305 焊点的晶粒结构，发现其大多为单晶粒。热循环后，在焊点下的 PCB 中观察到裂纹。这些裂纹很可能是在热循环的早期阶段在焊料损坏之前形成的。为了详细研究这些观察结果，我们开发了一种有限元模型，该模型结合了单晶焊点随温度变化的各向异性热性能和机械性能。该模型能够以合理的精度预测 PCB 和陶瓷电阻焊点中损伤起始的位置。它还表明，即使长度非常小的 PCB 裂纹也可能显著降低焊点中累积的蠕变应变和蠕变功。所提出的模型还能够评估焊料各向异性对陶瓷电阻相邻（相对）焊点损伤演变的影响。
试样几何形状对铸造和锻造钛基和镍基合金疲劳裂纹扩展速率的影响
假设线性弹性断裂力学，无论物体的几何形状如何，具有相同应力强度因子的两个裂纹将以相同的速率扩展。然而，在 GKN Aerospace，对铸件制成的 C(T) 和 Kb 试样进行疲劳裂纹扩展测试的结果显示，疲劳裂纹扩展速率存在明显差异，其中 Kb 试样中的裂纹比 C(T) 试样中的裂纹扩展得更快。这些观察到的差异已经过研究和量化。对于疲劳裂纹扩展测试，在 R = 0 的脉动拉伸下加载的破裂 Kb 试样的裂纹扩展速度是 C(T) 试样中裂纹的 3.6 倍，在所有测试温度和材料 Ti-64、Ti-6242 和 IN-718 上取平均值。使用锻造的 Ti-64 和 IN-718 制成的 C(T) 样品进行了新的疲劳裂纹扩展测试，并与锻件制成的 Kb 样品的疲劳裂纹扩展率进行了比较。发现锻件制成的 Kb 和 C(T) 样品之间的疲劳裂纹扩展率差异非常小。
试样几何形状对铸造和锻造钛基和镍基合金疲劳裂纹扩展速率的影响
假设线性弹性断裂力学，无论机体几何形状如何，具有相同应力强度因子的两个裂纹将以相同的速率扩展。然而，在 GKN Aerospace，对铸件制成的 C(T) 和 Kb 试样进行疲劳裂纹扩展试验的结果显示，疲劳裂纹扩展速率存在明显差异，其中 Kb 试样中的裂纹扩展速度快于 C(T) 试样中的裂纹。已经研究并量化了这些观察到的差异。对于疲劳裂纹扩展试验，在 R = 0 的脉动拉伸下加载的开裂 Kb 试样的裂纹扩展速度比 C(T) 试样中的裂纹快 3.6 倍，这是在所有试验温度下和材料 Ti-64、Ti-6242 和 IN-718 的平均值。已经使用锻造的 Ti-64 和 IN-718 制成的 C(T) 试样进行了新的疲劳裂纹扩展试验，并将其与锻件制成的 Kb 试样的疲劳裂纹扩展速度进行了比较。发现锻件制成的 Kb 和 C(T) 试样的疲劳裂纹扩展速率差异非常小。
疲劳裂纹扩展评估及抗疲劳性...
摘要................................................................................................................................ i
裂纹尖端变形和疲劳的全场表征...
量化疲劳裂纹扩展对于断裂关键工程部件和结构的损伤容限评估非常重要。疲劳裂纹扩展表征历史上的第一个重大事件是使用应力强度因子范围 D K 来关联疲劳裂纹扩展速率，由 Paris 等人 1 基于三项独立研究得出。Rice 2 在连续力学框架内进一步合理化了这种方法，认为疲劳裂纹扩展速率数据可能与应力强度因子范围相关。此后，人们普遍认为，在小规模屈服 (SSY) 条件下的大多数工程应用中，使用弹性应力强度因子范围 D K 就足够了，尽管大约在同一时间人们也认识到了载荷比 R 的作用， 3