表面缺口试件局部应变评估与疲劳寿命预测

丁明超; 边曙光; 才龙; 黄嘉兴; 杨利坡; 王黎明

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.05.003

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表面缺口试件局部应变评估与疲劳寿命预测

·疲劳·损伤·断裂·失效分析· | 更新时间：2026-05-19

- 表面缺口试件局部应变评估与疲劳寿命预测
- Local strain assessment and fatigue life prediction of surface notched specimens
- 机械强度 2026年48卷第5期页码：22-29
- 作者机构：
  
  1.燕山大学机械工程学院，秦皇岛 066004
  2.秦皇岛优益重工科技有限公司，秦皇岛 066200
  3.中国铁路沈阳局集团有限公司山海关维修段，秦皇岛 066200
- 作者简介：
  
  DING Mingchao, E-mail: dingmc@ysu.edu.cn
- 基金信息：
  
  中央引导地方科技发展资金项目（科技创新基地项目）(23621019G;246Z2205G);河北省自然科学基金青年项目(E2024203147)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.05.003
  中图分类号： TB31;TB125;TH186
- 收稿：2024-06-12，
  
  纸质出版：2026-05-15
- 稿件说明：
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丁明超，边曙光，才龙，等. 表面缺口试件局部应变评估与疲劳寿命预测［J］. 机械强度，2026，48（5）：22-29.

DING Mingchao，BIAN Shuguang，CAI Long，et al. Local strain assessment and fatigue life prediction of surface notched specimens［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（5）：22-29.
丁明超，边曙光，才龙，等. 表面缺口试件局部应变评估与疲劳寿命预测［J］. 机械强度，2026，48（5）：22-29. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.05.003.

DING Mingchao，BIAN Shuguang，CAI Long，et al. Local strain assessment and fatigue life prediction of surface notched specimens［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（5）：22-29. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.05.003.

摘要

目的

Neuber准则和等效应变能密度（Equivalent Strain Energy Density

ESED）准则是目前评估缺口应变、开展疲劳寿命预测的基础理论，但鲜见关于缺口根部剩余厚度对表面缺口试件疲劳寿命预测结果的影响的研究报道。优化缺口试件疲劳寿命预测精度，对TC4钛合金表面缺口试件的疲劳寿命评估至关重要。

方法

首先，设计缺口位于基体表面的TC4钛合金表面缺口试件，并对其开展疲劳试验，得到疲劳寿命的试验值；其次，分别采用Neuber准则和ESED准则，计算缺口处的应变，结合Manson-Coffin公式开展疲劳寿命预测，并检验基于上述2种准则的疲劳寿命预测精度；最后，对ESED准则进行修正，并对基于修正的ESED准则的疲劳寿命预测结果的精度进行分析。

结果

基于Neuber准则的疲劳寿命预测结果整体分布在2倍离散带以内，未出现过于保守的预测现象，且随着缺口宽度的增大，预测结果由偏安全至偏危险；基于未修正的ESED准则的疲劳寿命预测结果均分布于8倍离散带以外，且存在明显的过大预测问题；缺口根部剩余厚度与曲率半径之比与疲劳寿命试验值之间存在较强的相关性，基于该规律提出的修正ESED准则的疲劳寿命预测结果主要分布在2倍离散带以内，且预测整体偏于安全，预测精度与可靠性得到明显提高。

Abstract

Objective

The Neuber criterion and the equivalent strain energy density (ESED) criterion serve as fundamental theories for evaluating notch strain and predicting fatigue life. However

few studies have been reported the influence of the remaining thickness at the notch root on the fatigue life prediction results of specimens with surface notches. Optimizing the accuracy of fatigue life prediction for notched components is crucial for assessing the fatigue life of TC4 titanium alloy specimens with surface notches.

Methods

Firstly

TC4 titanium alloy specimens with surface notches on the substrate were designed

and fatigue tests were carried out to obtain tested fatigue life values. Secondly

the strains at the notch were calculated using the Neuber criterion and the ESED criterion respectively. Fatigue life prediction was performed in combination with the Manson-Coffin formula

and the fatigue life prediction accuracy based on the two criteria was verified. Finally

the ESED criterion was modified

and the accuracy of fatigue life prediction results based on the revised ESED criterion was analyzed.

Results

Fatigue life prediction results based on the Neuber criterion generally fall within the 2 times scatter band

without excessive conservatism. Moreover

as the notch width increases

the predictions shift from conservative to nonconservative. Fatigue life prediction results using the unmodified ESED criterion all lie outside the 8 times scatter band and exhibit significant overprediction. A strong correlation exists between the remaining thickness to radius of curvature at the notch root

and the tested fatigue life. The modified ESED criterion proposed based on this correlation yields fatigue life prediction results that mainly lie within the 2 times scatter band

with overall conservative estimates

and the prediction accuracy and reliability are significantly improved.

关键词

Keywords

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