为切实实现制造强国宏伟战略目标，在航空航天装备领域需要攻克与总体设计、结构材料、制造技术等相关的一系列共性关键技术，“长寿命、高可靠性结构设计与制造技术”是共性关键技术之一。疲劳与拘束均是影响材料断裂行为与结构寿命的重要因素。在航空航天装备领域，二者往往同时存在，共同影响着材料的断裂行为与结构的寿命。因此，为了实现长寿命、高可靠性结构设计，迫切需要在研究中兼顾疲劳与拘束效应，将拘束理论的最新研究成果应用于疲劳领域，发展适用于拘束-疲劳的长寿命、高可靠性设计方法。
基于此，该工作首先建立了新的疲劳裂纹扩展模型，该模型基于应变能密度耗散理论，将改进的Chaboche非线性运动硬化和各向同性硬化规则相结合，计算瞬时应力和应变；基于得到的瞬时应力应变响应，采用MGSA疲劳损伤参数计算疲劳损伤，并引入单周疲劳损伤计算疲劳损伤的循环累积。进一步，将该思想从疲劳领域推广到蠕变-疲劳领域，建立了新的蠕变-疲劳裂纹扩展模型。
图1 疲劳裂纹扩展模型和蠕变-疲劳裂纹扩展模型框架
利用建立的模型，分别对不同拘束下实验室试样的疲劳和蠕变-疲劳裂纹扩展行为进行了研究，并基于统一拘束参数AP，分别建立了拘束与疲劳、蠕变-疲劳裂纹扩展速率的统一关联。
图2拘束与疲劳、蠕变-疲劳裂纹扩展速率的统一关联
该工作在国际上首次建立了拘束与疲劳裂纹扩展速率、拘束与蠕变-疲劳裂纹扩展速率之间的线性关联，强调疲劳、蠕变-疲劳裂纹扩展速率在很大程度上取决于裂纹尖端等效塑性应变等值线所包围区域的面积，而不是塑性区长度，并澄清了疲劳、蠕变-疲劳裂纹扩展速率随拘束变化的规律和本质。
相关成果连续发表在疲劳领域顶级期刊International Journal of Fatigue（中科院一区TOP，IF：5.489）。能源与动力工程学院青年教师杨杰分别为两篇文章的第一作者和第一通讯作者，合作者包括中国工程院院士涂善东教授、俄罗斯科学院院士Valery Shlyannikov教授和华东理工大学张显程教授等。该工作得到了国家自然科学基金（51975378、52005185）、国家自然科学基金中俄联合基金（52011530036）和上海市浦江人才（21PJD047）的资助。
文章链接：
https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2022.107036
https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2022.107248
