Research on the prediction method of Ⅰ+Ⅱ mixed-mode crack growth rate in 6005A-T6 aluminum alloy based on limited samples

HE Han; BAI Xiaoning; CAO Yang

doi:DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.10.015

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Research on the prediction method of Ⅰ+Ⅱ mixed-mode crack growth rate in 6005A-T6 aluminum alloy based on limited samples

·Experimental Research·Testing Technology· | 更新时间：2025-10-31

- Research on the prediction method of Ⅰ+Ⅱ mixed-mode crack growth rate in 6005A-T6 aluminum alloy based on limited samples
- Journal of Mechanical Strength Vol. 47, Issue 10, Pages: 131-138(2025)
- 作者机构：
  
  1.安阳工学院机械与航空制造工程学院，安阳 455000
  2.中车南京浦镇车辆有限公司，南京 210031
- 作者简介：
  
  HE Han, E-mail: hh-1129@163.com
- 基金信息：
  
  Henan Provincial Department of Science and Technology Research Project(252102220051)
- DOI：DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.10.015
  CLC：
- Received：27 April 2025，
  
  Published：15 October 2025
- 稿件说明：
移动端阅览
何寒，白肖宁，曹阳. 基于有限样本的6005A-T6铝合金Ⅰ+Ⅱ复合裂纹扩展速率预测方法研究［J］. 机械强度，2025，47（10）：131-138.

HE Han，BAI Xiaoning，CAO Yang. Research on the prediction method of Ⅰ+Ⅱ mixed-mode crack growth rate in 6005A-T6 aluminum alloy based on limited samples［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（10）：131-138.
何寒，白肖宁，曹阳. 基于有限样本的6005A-T6铝合金Ⅰ+Ⅱ复合裂纹扩展速率预测方法研究［J］. 机械强度，2025，47（10）：131-138. DOI： DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.10.015.

HE Han，BAI Xiaoning，CAO Yang. Research on the prediction method of Ⅰ+Ⅱ mixed-mode crack growth rate in 6005A-T6 aluminum alloy based on limited samples［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（10）：131-138. DOI： DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.10.015.

摘要

为评估不同等效应力强度因子模型在复合型疲劳裂纹扩展预测中的表现，以及解决有限样本条件下疲劳裂纹扩展模型参数计算的问题。首先，提出了一种基于Bootstrap法的裂纹扩展参数计算方法，并对标准紧凑拉伸试样进行Ⅰ型疲劳裂纹扩展试验以得到材料参数，并利用所提方法进行样本扩增以解决样本较少的问题。其次，结合样本扩增统计得到的材料参数，采用6005A-T6铝合金紧凑拉伸剪切试样和Richard加载装置，在0°、30°、45°和60°加载角度下进行Ⅰ+Ⅱ混合模式疲劳裂纹扩展试验，以验证不同等效应力强度因子计算模型的准确性。结果表明，Irwin模型具有最高的拟合优度，大小为0.942 1，表现出最佳的裂纹扩展预测效果；加载角度的增加会导致初始裂纹扩展速率减慢，需要不同角度的试验来获取适配的Paris公式参数。研究验证了多种Δ

模型的实用性，为复合型裂纹扩展行为的疲劳寿命预测提供了理论支持。

Abstract

To evaluate the performance of various equivalent stress intensity factor models in predicting mixed-mode fatigue crack growth and to address the challenge of parameter estimation under limited sample conditions. A crack growth parameter estimation method based on the Bootstrap method resampling technique was proposed firstly. Mode Ⅰ fatigue crack growth tests were conducted on CT specimens to obtain the material parameters

and the proposed method was employed to expand the sample set and mitigate the issue of data scarcity. Then

using the statistically augmented material parameters

mixed-mode Ⅰ+Ⅱ fatigue crack growth experiments were performed on 6005A-T6 aluminum alloy CTS specimens under loading angles of 0°

30°

45° and 60°

employing a Richard-type loading fixture

to validate the accuracy of various equivalent stress intensity

factor models. The results indicate that the Irwin model achieved the highest goodness-of-fit

with a value of 0.942 1

demonstrating the best crack growth prediction performance. Increasing the loading angle was found to reduce the initial crack growth rate

highlighting the need for angle-specific experiments to obtain appropriate Paris law parameters. This study confirms the applicability of multiple Δ

models and provides theoretical support for fatigue life prediction in mixed-mode crack growth scenarios.

关键词

Keywords

references

高树灵，李宁，岳亚男，等 . 基于超声扩散场的焊接节点疲劳损伤早期检测及剩余寿命评估［J］. 土木工程学报， 2024 ， 57 （ 9 ）： 22 - 33 .

GAO Shuling ， LI Ning ， YUE Yanan ， et al . Fatigue-damage early detection and residual life estimation of welded joints based on diffuse ultrasound field ［J］. China Civil Engineering Journal ， 2024 ， 57 （ 9 ）： 22 - 33 . （In Chinese）

HAN L ， HE X F ， NING Y ， et al . An aircraft structural risk assessment method considering fatigue crack propagation based on fatigue damage diagnosis and prognosis ［J］. International Journal of Fatigue ， 2025 ， 190 ： 108650 .

ZHANG Z ， YANG B ， WANG Y D ， et al . A hybrid distribution characteristics of equivalent structural stress method for fatigue evaluation of welded structures ［J］. International Journal of Fatigue ， 2024 ， 179 ： 108057 .

刘朋帅，王晓玮，侯军 . 考虑耦合损伤的高低周复合疲劳寿命预测模型［J］. 机械强度， 2024 ， 46 （ 5 ）： 1175 - 1183 .

LIU Pengshuai ， WANG Xiaowei ， HOU Jun . Combined high and low cycle fatigue life prediction model taking account of coupled damage ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2024 ， 46 （ 5 ）： 1175 - 1183 . （In Chinese）

LESIUK G ， SMOLNICKI M ， MECH R ， et al . Analysis of fatigue crack growth under mixed mode （I+II） loading conditions in rail steel using CTS specimen ［J］. Engineering Failure Analysis ， 2020 ， 109 ： 104354 .

SOUSA A D C ， NUSSBAUMER A . Multiaxial ultra low cycle fatigue in welded high strength steel structural components ［J］. Journal of Constructional Steel Research ， 2019 ， 153 ： 473 - 482 .

缪新婷，刘国旭，张锦波，等 . 复合型裂纹拘束度及其承压结构失效评定图研究［J］. 机械强度， 2025 ， 47 （ 1 ）： 113 - 122 .

MIAO Xinting ， LIU Guoxu ， ZHANG Jinbo ， et al . Study on constraint of mixed mode crack and failure assessment diagram of pressure-bearing structure ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2025 ， 47 （ 1 ）： 113 - 122 . （In Chinese）

王连庆，可进，王红缨 . 7050铝合金Ⅰ-Ⅱ复合型疲劳裂纹研究［J］. 中国测试， 2021 ， 47 （ 1 ）： 139 - 146 .

WANG Lianqing ， KE Jin ， WANG Hongying . Investigation on mixed modeⅠ-Ⅱfatigue crack of 7050 aluminum alloy ［J］. China Measurement & Test ， 2021 ， 47 （ 1 ）： 139 - 146 . （In Chinese）

杜雪麟，余海坤，申得济，等 . 2198-T8铝锂合金多轴疲劳性能及裂纹扩展行为［J］. 塑性工程学报， 2024 ， 31 （ 7 ）： 223 - 231 .

DU Xuelin ， YU Haikun ， SHEN Deji ， et al . Multi-axial fatigue performance and crack expansion behavior of 2198-T8 aluminum-lithium alloy ［J］. Journal of Plasticity Engineering ， 2024 ， 31 （ 7 ）： 223 - 231 . （In Chinese）

CHEOK E W W ， CHEN C ， QIAN X D ， et al . A general maximum energy release rate criterion for mixed mode I/II fatigue crack growth under large-scale yielding ［J］. Theoretical and Applied Fracture Mechanics ， 2025 ， 138 ： 104899 .

QIAO K Q ， LIU Z J ， GUO Q Y ， et al . Mixed-mode （I+II） fatigue crack growth of marine steels in Arctic environments ［J］. Ocean Engineering ， 2024 ， 310 ： 118686 .

RICHARD H A ， BUCHHOLZ F G ， KULLMER G ， et al . 2D and 3D-mixed mode fracture criteria ［J］. Key Engineering Materials ， 2003 ， 251/252 ： 251 - 260 .

DEMIR O ， AYHAN A O ， SEDAT İ . A new specimen for mixed mode-I/II fracture tests：modeling，experiments and criteria development ［J］. Engineering Fracture Mechanics ， 2017 ， 178 ： 457 - 476 .

曹淑森，贺小帆，杨博霄，等 . 夹持边界条件下表面裂纹应力强度因子求解［J］. 北京航空航天大学学报， 2014 ， 40 （ 11 ）： 1637 - 1642 .

CAO Shusen ， HE Xiaofan ， YANG Boxiao ， et al . Solution of stress intensity factor of surface cracked geometry with clamped ends ［J］. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics ， 2014 ， 40 （ 11 ）： 1637 - 1642 . （In Chinese）

ZHANG Z ， WANG Y D ， YU C Y ， et al . Simulation and verification of master S - N curves of titanium alloy welded structures based on bootstrap method ［J］. Advances in Mechanical Engineering ， 2022 ， 14 （ 7 ）： 16878132221107441 .

SAJITH S ， SHUKLA S S ， MURTHY K S R K ， et al . Mixed mode fatigue crack growth studies in AISI 316 stainless steel ［J］. European Journal of Mechanics - A/Solids ， 2020 ， 80 ： 103898 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Stress and strength analysis of aluminum alloy structures under the effect of thermal and mechanical force

STUDY ON THE STRENGTH OF ALUMINUM ALLOY RIVETED STRUCTURE AFTER HIGH TEMPERATURE THERMAL EXPOSURE

EFFECT OF DIFFERENT STRUCTURAL PARAMETERS ON THE 7075ALUMINUM ALLOY LUG FATIGUE CRACK GROWTH LIFE

DAMAGE PARAMETERS IDENTIFICATION OF ALUMINUM ALLOY BASED ON ANISOTROPIC GTN MODEL

AXIAL CRUSHING ENERGY ABSORPTION CAPACITY OF ALUMINUM ALLOY THIN-WALLED MULTI-CORNER TUBES

Related Author

WEI Xiaohui

GUO Yujie

SUN Yuheng

QIU Huihui

HE Zhiquan

WEN LiXin

CHEN TianLang

WEI XiaoHui

Related Institution

College of Aerospace Engineering,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics

Shanghai Aircraft Design and Research Institute

College of Mechanical and Electrical Engineering,Shenyang Aerospace University

Key Laboratory of Fundamental Science for National Defense of Aeronautical Digital Manufacturing Process,Shenyang Aerospace University

⁰