基于晶体塑性分析的HRB400钢棘轮效应行为模拟及其疲劳寿命预测

《Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures》：Simulation of Ratcheting Behavior and Prediction of the Fatigue Life of HRB400 Steel Based on Crystal Plasticity Analysis

循环硬化特性与晶粒变形不均匀性关系研究，提出考虑峰值应力的后应力演化函数，建立统计标准差作为疲劳指标参数，成功预测低周疲劳寿命并获实验验证。

　　

摘要

本研究通过实验测试和晶体塑性数值模拟，研究了HRB400钢在整个生命周期内的齿形效应（ratcheting behavior）。探讨了疲劳寿命与晶粒尺度变形不均匀性演变之间的关系。结果表明，应变/应力幅度、平均应力、峰值应力以及屈服强度显著影响了初始加载阶段的循环硬化/软化特性及齿形效应。这些效应通过一个结合了峰值应力和应力幅度的后应力演化函数（back stress evolution function）进行了量化。此外，作为变形不均匀性指标的应变统计标准差被确立为疲劳指标参数（Fatigue Indicator Parameter，简称FIP）。随后，开发了一种用于预测不同类型疲劳失效下材料寿命的方法。该方法成功应用于受控应变/应力加载循环条件下的低循环疲劳（Low-Cycle Fatigue，简称LCF）寿命预测，并通过实验测量验证了其有效性。

总结

• 屈服平台效应（yield plateau effect）会影响循环特性及齿形变形。
• 后应力演化参数采用分段函数进行描述。
• 所提出的方法能够模拟材料在整个生命周期内的齿形效应。
• $$ 被用作在应变/应力控制条件下预测材料LCF寿命的疲劳指标参数（FIP）。