孙志礼，柳溪溪，柴小冬，于 瀛

（东北大学 机械工程与自动化学院，辽宁 沈阳 110819）

1 引言

疲劳失效是机械设备中零件的主要失效形式之一，对于电子工程、航空航天、光学、军事等领域中的设备，要求有较高的精度，而设备中关键零件或构件的力学性能和使用寿命，很大程度上受到疲劳产生的微裂纹、微缺陷的影响，某个关键构件的失效可能会导致整个设备无法正常工作，进而影响生产，造成经济损失。因此，为确保机械设备的可靠运行，准确地预测关键构件中裂纹形成及扩展寿命，在工业生产中有着重要的意义[1]。

一般情况下，机械结构疲劳失效过程主要分为裂纹形成和裂纹扩展两个阶段，并分别采用不同的方法独立地分析两个阶段。裂纹形成阶段用到的是实验的方法以及实验与统计经验相结合的方法，而裂纹扩展阶段主要用到断裂力学的理论[2]。虽然概念上两个阶段不同，从量上看两阶段的界限模糊不清，计算过程中无法很好地定义两者之间的界限。断裂力学模型则无法描述出零件表面微缺陷或裂纹的形成及其发展对宏观力学性能的影响。实际上，从损伤力学的角度来看，裂纹形成、裂纹扩展是连续损伤演化的过程，可以将两个阶段统一起来研究。应用损伤力学，主要研究材料内部微缺陷的产生及发展所引起的宏观上的力学效应，其理论描述了由于微裂纹的发展导致材料破坏的过程和规律。目前，已有学者根据损伤力学相关理论研究出将裂纹萌生与裂纹扩展统一计算的模型，并且已经应用在了一些领域里[3-5]。……