商业纯钛TA2在平面双轴非比例载荷作用下的混合模式I-II疲劳裂纹扩展行为

《Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures》：Mixed-Mode I–II Fatigue Crack Propagation Behavior for Commercial Pure Titanium TA2 Under In-Plane Biaxial Nonproportional Loading

钛合金双向非比例载荷下疲劳裂纹扩展特性研究。采用改进十字试样，通过原位表征发现λ=1时裂纹分叉，初始倾角45°或60°显著影响对称性。相位差φ和载荷比λ增大加速扩展，而大倾角抑制扩展。微观分析表明裂纹尖端GND密度、KAM值及小角度晶界比例随载荷比和相位差增大而升高。

　　

摘要

本研究采用改进的十字形试样（CS），在双轴非比例加载条件下，研究了商用纯钛TA2的混合模式I-II疲劳裂纹扩展行为。通过原位表征技术，实验结果表明：当双轴载荷比λ=1时，由于周向应力的双模效应，裂纹会发生分叉，而裂纹的对称性分叉受到初始裂纹倾角（45°或60°）的显著影响。增加的相位差φ和双轴载荷比λ都会加速疲劳裂纹的扩展速率，而较大的裂纹倾角则会抑制裂纹的扩展。裂纹起始角是根据最大切向应力准则（MTS）进行理论预测的，并通过有限元方法（FEM）得到了验证。微观结构分析表明，随着双轴载荷比和相位差的增加，塑性变形区中的几何必要位错（GND）密度、核平均错位（KAM）值以及小角度晶界的比例也随之增加。

总结

• 采用了一种新型的十字形试样进行双轴非比例疲劳试验。
• 相位差和相同的双轴载荷比会导致裂纹分叉。
• 电子背散射显微镜（EBSD）显示，裂纹尖端附近的小角度晶界越多，GND/KAM值越高。
• ΔG统一了双轴非比例加载条件下的混合模式裂纹扩展速率。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。