申顺

(南京航空航天大学 能源与动力学院，江苏 南京 210016)

0 引言

GH4169是一种含有镍、铬和铁等多种元素的变形高温合金，在650℃以下具有高强度、良好的抗疲劳和耐腐蚀性能以及优良的加工和焊接性能等优点，因此被广泛用于航空航天等应用条件较为恶劣的环境中。疲劳和断裂是引起工程结构和构件失效的主要原因[1],而疲劳裂纹是疲劳破坏的主要原因。通常将疲劳失效的过程分为疲劳裂纹萌生、裂纹扩展和快速断裂3个阶段[2]。其中裂纹萌生寿命有时会占到整个疲劳寿命的80%～90%，因此对疲劳裂纹萌生过程的研究具有非常重要的意义。目前对材料的裂纹萌生寿命研究主要是基于大量实验数据的唯象法，这种方法需要耗费大量的时间和经济成本。随着疲劳裂纹萌生理论的逐渐完善和计算机仿真技术的快速进展，越来越多的学者开始采用有限数值模拟的方法研究疲劳裂纹萌生过程。

1 裂纹萌生理论模型

金属大多是多晶体。当构件受到外部载荷作用时，晶粒内部的位错会沿着晶面产生相对滑动，从而造成如图1所示的材料表面的侵入和挤出现象，即为滑移带。大量研究表明，材料的疲劳裂纹大都在滑移带处萌生，微裂纹扩展并相互连接到一起形成主裂纹，这就是裂纹萌生的过程。

图1 疲劳裂纹起源

目前，裂纹的萌生与扩展已经可以通过实验进行观察[3]。大量的实验研究也表明在大多数多晶金属材料中，沿滑移带的不可以逆滑移是疲劳裂纹萌生的根本原因[4]。……