计算机在Ti-6Al-4V钛合金疲劳裂纹扩展曲线绘制中的应用

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摘要：利用当前通用的计算机编程技术，以高级编程语言VB为制作工具，以Origin7.0为作图工具，绘制了铸造ti-6al-4v钛合金疲劳裂纹扩展曲线。采用该编程技术，实现了参数的随机输入和曲线的动态形成，真实地制作了不同应力比下的疲劳裂纹扩展速率（da/dn）与裂纹尖端应力强度因子（ΔK）的关系曲线。同时该方法极大地提高了数据处理的效率及准确性。

关键词：VB；Ti-6Al-4V合金；疲劳裂纹扩展速率；应力场强度因子

中图分类号：TP399文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)17-31383-03

Application of Computer Technology in Plotting Fatigue Crack Propagation Curve of Ti-6Al-4V Alloy

MA Li,SHANG GUAN Xiao-feng

(School of Materials & Chemical Engineering, Xi’an Technological University,Xi’an 710032,China)

Abstract:The fatigue crack propagation curves of Ti-6Al-4V casting titanium alloy were plotted by using the universal computer language-VB and Origin7.0.The random input of the data and the dynamic formation of curve could be realized, and the curves of the fatigue crack growth rate (da/dn) and stress intensity factor (ΔK) at different stress ratio were obtained. Meanwhile this method improved the efficiency of data processing and the accuracy of the results.

Key words:VB;Ti-6Al-4V alloy;fatigue crack growth rate;stress intensity factor

1 引言

现代材料科学是以实践和经验为基础的科学[1]。随着计算机技术在材料科学与工程领域所取得的进步，近年来已发展成为一个新兴的、跨学科分支，这就是通常所说的“计算机材料学”[2]。利用计算机可以大量保存并方便快速查找试验数据，而且更重要的是可以对数据作进一步的后续处理，如计算、绘图、拟合分析等。本文主要VB技术以及Origin7.0制作铸造Ti-6Al-4V钛合金疲劳裂纹扩展曲线。材料的疲劳性能是材料再循环载荷条件下的行为。损伤的积累过程通常划分为疲劳裂纹萌生和疲劳裂纹扩展两个阶段。疲劳裂纹扩展曲线是疲劳裂纹扩展速率（da/dn）与裂纹尖端应力强度因子（ΔK）的关系曲线，该曲线是研究材料疲劳特性的重要内容。通过对该曲线的研究可以总结出铸造Ti-6Al-4V钛合金的疲劳裂纹扩展的一般规律和影响因素。作者采用VB技术以及Origin7.0，真实的制作出了不同应力比下的疲劳裂纹扩展速率（da/dn）与裂纹尖端应力强度因子（ΔK）的关系曲线，结果简单明了，极大地提高了数据处理的效率及数据的精确性。

2 技术要求

（1）软件环境：Windows95/98、WindowsMe、Windows2000、Win

dowsXP。

（2）硬件环境：CPU：PentiumⅣ处理器；内存：256MB；硬盘：80G；声卡：DirectX Sound兼容；显卡：DirectX 3D（16MB以上）。

（3）开发工具：开发工具为Microsoft公司的面向对象编程语言VB，它具有强大的软件设计功能。形成的作品外观细腻、运行流畅、代码质量高。

（4）作图软件：Microsoft微软公司的Origin7.0软件。

3 软件设计思路及制作

3.1 软件设计思路

本系统采用参数的动态输入，可以随时为曲线绘制公式提供参数数据，以便绘制不同条件下的裂纹扩展曲线。对疲劳裂纹扩展试验过程中记录下来的各组（ai,Ni）值，通过递增多项式方法进行局部拟合求导，以确定疲劳裂纹扩展速率和裂纹长度的拟合值（ai*）(拟合值ai*是对应于循环数Ni上的拟合裂纹长度)。对任意实验数据点（i）及前后几个点，共（2n+1）个连续数据点，采用如下二次多项式拟合求导。点数n值可取2，3，4。本文中n=3。

系数b0、b1、b2是在公式（2）区间按最小二乘法（即使裂纹长度观测值与拟合值之间的偏差平方和最小）确定的回归参数。拟合值ai*是对应于循环数Ni上的裂纹长度。参数C1和C2是用于变换输入数据，以避免在确定回归参数时的数值计算困难。在Ni处的裂纹扩展速率由公式（1）求导而得：

求出da/dn和与之相对应的ΔK值后，采用Origin7.0数据处理软件对数据进行作图并拟合。

3.2 软件开发

3.2.1 源程序

Private Sub CommandButton1_Click()

Dim C1, C2, SX, SX2, SX3, SX4, SY, SY2, SYX, SYX2, b0, b1, b2, result1, result2, result3 As Single

Dim DEN, T2, T3, T4 As Single

Dim tempN1, tempN2 As Single

Dim ai, A, A2, P, B, W As Single

Dim i, k, j As Integer

Dim bRet As Boolean

Rem i为总的输入个数

Rem k为希望观察的变量

Rem j用作普通循环计数

k=[F3]

i=[F4]

P=[H3]

B=[H4]

W=[H5]

j=0

bRet=False

SX=0

SX2=0

SX3=0

SX4=0

SY=0

SY2=0

SYX=0

SYX2=0

b0=0

b1=0

b2=0

result1=0

If i

MsgBox ("i

Call CleanResult

Exit Sub

ElseIf k

MsgBox ("k

Call CleanResult

Exit Sub

ElseIf k>i Then

MsgBox ("k>i")

Call CleanResult

Exit Sub

ElseIf (k(i-3)) Then

MsgBox ("k 不在适合i的范围内!")

Call CleanResult

Exit Sub

Else

tempN1=Cells(k+3+2,2)

tempN2=Cells(k-3+2,2)

C1=0.5*(tempN1+tempN2)