缺陷评定方法：掌握关键技巧

应用断裂力学进行缺陷评定需要以下三个方面的资料：

●载荷条件；

●缺陷种类、形状、尺寸和方位；

●断裂类型及材料的断裂韧度。

如果有载荷实测值，则利用该值；如果没有实测值，则利用设计值。应特别注意附加载荷（如过载、振动载荷、热应力等）的影响。此外，不仅需要知道载荷的大小，在某些情况（如剩余寿命估算）下，还必须知道载荷历程（包括波形、频度、循环周次、保持时间等）。

缺陷通过无损探伤的方法确定。对于三维缺陷，通常将其投影到部件的主应力平面，即转换为平面缺陷，对其作外切矩形，然后作该矩形的内切椭圆，即将三维缺陷最终转换为平面椭圆形裂纹（见图5-1）。将立体缺陷转换成平面椭圆裂纹来进行缺陷评定，对于断裂强度和寿命都是较为保守的。

图5-1　立体缺陷转换为平面缺陷

静态断裂包括瞬时断裂、稳态断裂、塑性塌陷。以下考虑一维裂纹问题，裂纹长度为2a。对于瞬时断裂，若给定载荷，则可以得到裂纹临界尺寸，即

当Kc和裂纹尺寸a给定时，则可计算断裂应力

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断裂韧度Kc与断裂类型、温度、部件尺寸等有关。

由式（5-2）知，当a减小时，σc增大，而当a小到一定值时，缺陷实际上对断裂应力不产生影响，σc与光滑材料的拉伸强度σb几乎相等。通常，材料不容许发生屈服破坏。因此，缺陷体不发生塑性塌陷的条件是

式中：σnet为按有效横截面积计算的应力；λ为依赖于应力状态的塑性约束系数，且有1≤λ≤3。

在双对数坐标图中，式（5-6）表示的关系如图5-2所示，该图与光滑试样疲劳试验的S-N曲线（见8.1节）类似。ΔK0＜ΔKth，则裂纹不发生扩展。

图5-2　裂纹体S-N曲线

最有害的缺陷是表面缺陷，并且其深度方向的尺寸对构件寿命有主要的影响。图5-3所示为椭圆形表面裂纹，其应力强度因子在短轴顶点处达到最大，并可按以下公式求出：

图5-3　半无限体中的半椭圆表面裂纹