1.一种腐蚀裂纹扩展性能表征与寿命估算的方法，具有所需计算参数少、计算简便、精度较高等特点，该方法具体步骤如下：步骤一、腐蚀裂纹扩展性能da/dN-ΔK曲线

图1为中心裂纹拉伸M(T)试样的加载示意图，按照图1的加载形式和国家标准《金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法》(GB-T6398)，在腐蚀环境下进行裂纹扩展试验。施加指定应力比R，观测并记录裂纹扩展过程中的左、右裂纹长度，并根据左、右裂纹长度计算平均裂纹扩展长度a，得到铝合金材料的恒载裂纹扩展a-N数据，采用割线法进行数据处理式中，ai和ai+1为临近两点的裂纹扩展长度，Ni和Ni+1为对应的扩展循环数。

按照国家标准GB-T6398的要求计算扩展过程中应力强度因子变程ΔK的值，对于M(T)试样，ΔK的表示方法为R＝Smin/Smax (3)

α＝2a/W (5)

式中，P为交变载荷；α为尺寸系数；a为当前裂纹长度；W为试件宽度；B为试件厚度。

由(1)至(5)，对试验数据进行处理，可以绘制材料的腐蚀裂纹扩展性能da/dN-ΔK曲线(如图2所示)。

步骤二、腐蚀裂纹扩展性能表征模型

表征材料裂纹扩展速率的Walker公式为

式中C0、m0和n0为材料常数。在Walker公式基础上，考虑腐蚀环境对材料断裂门槛值的作用，提出了表征腐蚀裂纹扩展速率的修正Walker表达式式中，C2、m2和n2为材料常数；ΔKth,C为拟合得到的腐蚀断裂门槛值，体现了腐蚀环境对扩展速率的影响。

对式(7)取对数，得到

Y＝a0+a1X1+a2X2 (8)

式中，Y＝lg(da/dN)，a0＝lgC2，a1＝n2，a2＝m2，X1＝lg(ΔK-ΔKth,C)，X2＝lg(1-R)，可见Y与X1和X2成线性关系。根据二元线性回归理论，式(8)中三参数a0、a1、a2的拟合表2

达式以及相关系数平方r为

式中

式(9)至式(12)是待定常数ΔKth,C的函数，因此，需先求出ΔKth,C，进而获得a0、a1和2

a2。采用线性相关因数优化方法，所求ΔKth,C必须使相关系数的平方r 取最大计算得到待定常数ΔKth,C需满足下式

式中

确定ΔKth,C的取值范围

ΔKth,C∈[0,ΔKmin) (17)

式中ΔKmin＝min{ΔK1,ΔK2,…,ΔKl}，其中ΔKi(i＝1,2,…,l)为试验中应力强度因子变程取值。

之后，将区间[0,ΔKmin)对半分为两个区间[0,ΔKmin/2)和[ΔKmin/2,ΔKmin)，计算H(ΔKth,C)。如果 则 必位于左边区间[0,ΔKmin/2)内；如果则 必位于右边区间[ΔKmin/2,ΔKmin)内。无论何种情况出现，都可将原来区间减小一半，如此继续计算，即可按所需精度求得ΔKth,C。再由解得的ΔKth,C值，按式(9)至式(11)得到a0、a1和a2，最后获得从而，根据式(18)至式(20)并结合图2示出的试验数据，按照修正Walker表达式(7)可以拟合腐蚀环境下材料的裂纹扩展性能da/dN-ΔK曲面(如图3所示)，曲面拟合结果能够有效地表征材料的裂纹扩展性能，并且更直观地反映了腐蚀环境对扩展行为的影响。

步骤三、谱载裂纹扩展寿命估算

谱载试验采用实测载荷谱加载，图4示出了实测载荷系数谱，再乘以应力水平即为试验加载的实测载荷谱。受载荷谱中载荷大小和顺序的影响，谱载裂纹扩展试验存在载荷间的交互作用，包括高载后残余压应力引起的高载迟滞效应，以及低载后残余拉应力引起的抵消迟滞效应等。考虑迟滞效应的影响，人们提出了Willenborg-Chang模型，得到了广泛地应用。Willenborg-Chang模型是以裂尖塑性区理论为基础，考虑断裂门槛值的影响表征材料的谱载裂纹扩展速率式中：Ci、mi和ni为材料常数(i＝0,2)；ΔKeff和Reff分别为谱载裂纹扩展中的有效应力强度因子变程和有效应力比；ΔKth为材料断裂门槛值。

在此基础上，将式(7)代入谱载裂纹扩展速率表达式(21)，整理并进行积分变换，可以得到基于修正Walker表达式的Willenborg-Chang模型任一应力循环的谱载裂纹扩展增量Δa采用累加求和法预测谱载下材料的腐蚀裂纹扩展寿命，图5为累加求和法的计算流程，再根据试验加载的实测载荷谱以及材料的裂纹扩展性能参数，计算每个载荷循环的裂纹扩展增量Δa和当前裂纹长度，如此循环往复，直至裂纹扩展结束，此时对应的加载循环数即为预测的腐蚀谱载裂纹扩展寿命。

本发明提供了一种腐蚀裂纹扩展性能表征与寿命估算的方法，其特点是简单实用，通过恒载试验获得材料的腐蚀裂纹扩展性能da/dN-ΔK曲线；考虑腐蚀对断裂门槛值的影响，在Walker公式基础上，提出了修正的裂纹扩展速率表达式，并结合二元线性回归理论拟合da/dN-ΔK曲面，构建腐蚀裂纹扩展性能表征模型；最后，考虑了谱载下的迟滞效应和载荷间的交互作用，采用Willenborg-Chang模型和累加求和法估算材料的腐蚀谱载裂纹扩展寿命。