摘要：本文针对EH36船用钢焊接接头在疲劳载荷下短裂纹（SC）扩展行为展开研究，发现其裂纹扩展速率（da/dN）随裂纹长度增加先下降后上升，形成典型的V形曲线。作者引入裂纹转变长度（aₜ）概念，将短裂纹扩展划分为三个阶段：微观结构短裂纹（MSC，0–200 μm）、

本文针对EH36船用钢焊接接头在疲劳载荷下短裂纹（SC）扩展行为展开研究，发现其裂纹扩展速率（da/dN）随裂纹长度增加先下降后上升，形成典型的V形曲线。作者引入裂纹转变长度（aₜ）概念，将短裂纹扩展划分为三个阶段：微观结构短裂纹（MSC，0–200 μm）、过渡区（200–500 μm）和物理短裂纹（PSC，500–1500 μm）。通过电子背散射衍射（EBSD）技术分析几何必要位错密度（ρGND），揭示了应变硬化梯度对短裂纹行为的影响机制。进一步考虑裂纹闭合效应，提出以有效应力强度因子范围（ΔKeff）和临界ΔKeff（ΔKaₜ）为核心的分段模型，成功描述了整个短裂纹扩展过程。该研究为海洋工程结构中焊接接头的疲劳寿命预测提供了重要的理论依据和实验支持。

本文创新性地提出以裂纹转变长度aₜ为界的分段模型，结合几何必要位错密度分析应变硬化梯度效应，统一描述了短裂纹扩展的V形行为，并验证了该模型在不同应力范围下的适用性。

1、展示了基材（BM）的EBSD分析结果，包括图案质量图、KAM图、IPF图和晶粒尺寸分布图，表明BM由铁素体和珠光体组成，位错密度较低，晶粒取向多样，平均晶粒尺寸约为20.6 μm。

2、显示了焊接过程的前视图、取样方法、疲劳试样尺寸及显微镜观察示意图，说明试样制备和裂纹观测方式，确保实验数据的可靠性和一致性。

3、通过立体显微镜和SEM图像展示了EH36接头的截面结构及各区域（焊缝、熔合区、过热区、正火区等）的微观组织特征，表明焊缝组织更细小且均匀。

4、焊缝中心的EBSD分析显示其晶粒更细（平均5.7 μm），位错密度更高（ρGND≈3.47×10¹⁴ m⁻²），大部分区域发生再结晶，说明焊接过程中存在热处理效应。

5、展示了不同应力条件下BM试样的da/dN–ΔK曲线，表明短裂纹与长裂纹扩展行为差异显著，短裂纹数据分散，且有效裂纹仅有一条主导最终断裂。

6、通过EBSD分析650 μm短裂纹路径的IPF、KAM和晶粒图，显示裂纹以穿晶为主，局部出现沿晶断裂，ρGND在MSC阶段较高，随裂纹扩展逐渐下降，反映应变硬化梯度变化。

7、展示了BM在不同Δσ（160, 192, 107 MPa）下的疲劳断口SEM整体形貌及其对应的疲劳辉纹高倍图像（d-f），以及WS在Δσ=192 MPa下的断口（g）和辉纹（h）。所有裂纹均起源于机械缺口根部，BM断口较为粗糙，可见晶界和二次裂纹，呈穿晶-沿晶混合断裂模式；疲劳辉纹在稳定扩展区清晰可见，且Δσ越高辉纹越明显。WS因其晶粒细小，断口未见明显晶界，但同样观察到疲劳辉纹。

本研究通过对EH36钢焊接接头短裂纹扩展行为的系统实验与建模分析，得出以下结论：短裂纹扩展可依据转变长度aₜ划分为三个阶段，其中aₜ与晶粒尺寸正相关；应变硬化效应导致MSC阶段初始da/dN较高，随后因微观结构阻碍和应变梯度作用而下降；过渡区和PSC阶段分别因应变硬化减弱和消失而呈现不同的扩展趋势；所提出的分段模型能有效统一描述不同应力水平下的短裂纹扩展行为，且PSC阶段da/dN与ΔKeff呈良好线性关系。

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来源：凯视迈精密测量