自由边界对表面裂纹及浅埋裂纹的干涉效应

1概论

　　部分穿透裂纹(包括表面裂纹和埋藏裂纹)痉无损检测得到裂纹尺寸，按缺陷失效评定规范进行安全评定时，首先要根据其外轮廓线的外切矩形尺寸表征为表面半椭圆裂纹或埋藏椭圆裂纹.然后还要从自由表面对裂纹断裂参量变化的影响进行考察.考察剩余韧带的抗断裂能力。当表面裂纹韧带处裂尖的断裂参量超过或接近相应尺寸穿透裂纹的断裂参量时，就认为此时韧带已经失效，此表面裂纹应按相应尺寸的穿透裂纹来进行安全评定。把表面裂纹看作相应尺寸的穿透裂纹的处理过程，在缺陷失效评定规范中称为裂纹的再表征。同样，埋藏裂纹的一个或两个韧带失效时就要被再表征为相CPVTVo应尺寸的表面裂纹或穿透裂纹。

　　以往规范是根据线弹性K因子大小来决定再表征的规定尺寸的。虽然如此，各国规范再表征的规定尺寸也不尽一致。如对表面裂纹，日本wES一Zos5K仁，〕规定a/t妻0.5作为穿透裂纹处理，而CVDA一84川就提高到a/’t异0.7，对埋藏裂纹，日本WES一2085K规定韧带尺寸尸簇a就需要再表征，CVDA一84则改为尸镇o.sa，而ASME川则规定为尸簇0.4a才需要再表征。同一个出发点而各规范结论有如此大的差别，是应进行认真分析的。从目前规范已发展到以J积分为基础的弹塑性失效评定角度来说，也需要从弹塑性断裂分析出发来确定此再表征的规定尺寸。

　　本文将利用国内外已有的研究成果，及作者所进行的部分弹塑性有限元分析，对此间题进行系统考察并得出相应的结论。

　　2表面裂纹的再表征尺寸

续表

　　3近表面埋藏椭圆裂纹的再表征尺寸

　　近表面埋藏椭圆裂纹I积分的计算，日前尚未见文献报道。因之.只能以线弹性断裂力学分析为主来讨论此问题，并辅以转化为二维情况的弹塑性分析及近似的三维弹塑性分析比较。

　　3.1一个自由表面对埋藏椭圆裂纹的影响

　　3.1.1浅埋裂纹的线弹性断裂力学分析

　　受均匀拉伸的半无限体含有一近表面椭圆裂纹.短轴为2a‘，长轴为2’.‘，长轴平行于自由表面，裂纹周界与自由表面最近距离为尸，如图2所示。椭圆近表面点A的K，计算式为:

　　3.1.2浅埋裂纹的弹塑性分析

　　因三维椭圆裂纹口前尚未见到弹塑性了积分解的报道，作者把此问题转化成二维问题处理。

　　3.2前后两自由表面对理藏椭圆裂纹的影响

　　3.2.1板中心埋藏裂纹的线弹性断裂力学分析