Study on local cyclic plastic behavior of aluminum alloy with notched parts based on digital image correlation method

ZHAO Xun; LI Jian; GE Junming; SUN Tao; ZHAO Yan; WANG Zhenming; ZHU Jianguo

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.07.009

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Study on local cyclic plastic behavior of aluminum alloy with notched parts based on digital image correlation method

·Fatigue·Damage·Fracture·Failure Analysis· | 更新时间：2026-07-17

- Study on local cyclic plastic behavior of aluminum alloy with notched parts based on digital image correlation method
- Journal of Mechanical Strength Vol. 48, Issue 7, Pages: 75-84(2026)
- 作者机构：
  
  江苏大学土木工程与力学学院结构健康管理研究院，镇江 212013
- 作者简介：
  
  LI Jian, E-mail: lj66@ujs.edu.cn
- 基金信息：
  
  China Postdoctoral Science Foundation(2020M681496);National Natural Science Foundation of China(52105149);Jiangsu Graduate Research and Practice Innovation Program
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.07.009
  CLC： TH114;TG111.8
- Received：27 October 2024，
  
  Revised：2024-12-02，
  
  Online First：17 July 2026，
  
  Published：15 July 2026
- 稿件说明：
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赵询，李建，葛峻铭，等. 基于数字图像相关法的铝合金缺口件局部循环塑性行为研究［J］. 机械强度，2026，48（7）：75-84.

Zhao Xun，Li Jian，Ge Junming，et al. Study on local cyclic plastic behavior of aluminum alloy with notched parts based on digital image correlation method［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（7）：75-84.
赵询，李建，葛峻铭，等. 基于数字图像相关法的铝合金缺口件局部循环塑性行为研究［J］. 机械强度，2026，48（7）：75-84. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.07.009.

Zhao Xun，Li Jian，Ge Junming，et al. Study on local cyclic plastic behavior of aluminum alloy with notched parts based on digital image correlation method［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（7）：75-84. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.07.009.

摘要

目的

针对带缺口铝合金承压容器塑性垮塌失效问题，揭示缺口类型与尺寸对局部循环塑性行为的影响机制，为缺口构件疲劳寿命精准预测提供参考。

方法

首先，制备不同尺寸U形、V形缺口的2024-T4铝合金试样，开展应力控制低周疲劳试验；其次，采用数字图像相关法获取缺口根部全周期应变场数据，分析局部棘轮应变随循环周次的演变规律；然后，结合有限元软件计算应力集中系数等关键参数，建立考虑缺口应力集中系数与根部稳态棘轮应变率的疲劳寿命预测模型；最后，通过断口形貌观测，验证不同缺口疲劳损伤差异的微观机制。

结果

结果表明，U形缺口半径从0.2 mm增至2 mm、V形缺口角度从15°增至150°时，稳态棘轮应变率显著降低，疲劳寿命呈上升趋势；所提预测模型较传统Manson-Coffin模型精度更高，U形、V形缺口的预测均方误差分别降低0.004 48和0.004 51；断口微观特征差异与宏观棘轮应变率及疲劳寿命变化规律一致。

Abstract

Objective

Plastic collapse failure frequently occurs in notched aluminum alloy pressure vessels. The influence mechanism of notch type and size on local cyclic plastic behavior was revealed to provide reference for accurate fatigue life prediction of notched components.

Methods

Firstly

2024-T4 aluminum alloy specimens with U-shaped and V-shaped notches of different sizes were fabricated

and stress-controlled low-cycle fatigue tests were carried out. Secondly

full-cycle strain field data at the notch root were obtained by digital image correlation method

and the evolution law of local ratcheting strain with cycle number was analyzed. Then

key parameters such as stress concentration factor were calculated by finite element software

and a fatigue life prediction model considering notch stress concentration factor and root steady-state ratcheting strain rate was established. Finally

the microscopic mechanism of fatigue damage differences among different notches was verified by fracture morphology observation.

Results

The results show that the steady-state ratcheting strain rate decreases significantly and the fatigue life increases when the radius of U-shaped notch increases from 0.2 mm to 2 mm and the angle of V-shaped notch increases from 15° to 150°. The proposed prediction model has higher accuracy than the traditional Manson-Coffin model

and the mean square errors of prediction for U-shaped and V-shaped notches are reduced by 0.004 48 and 0.004 51

respectively. The differences in fracture microscopic characteristics are consistent with the variation laws of macroscopic ratcheting strain rate and fatigue life.

关键词

Keywords

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