类型a：
1. 主要作者及机构
本研究由上海交通大学材料科学与工程学院的Chendong Shao, Haichao Cui, Fenggui Lu⁎, Zhuguo Li⁎（通讯作者）合作完成，研究团队来自上海市材料激光加工与改性重点实验室。论文发表于International Journal of Fatigue期刊，2019年2月在线发表，最终收录于该刊第123卷（2019年），页码238-247。
2. 学术背景与研究目标
本研究聚焦于高周疲劳（High Cycle Fatigue, HCF）领域，具体探讨了窄间隙电弧焊接（narrow-gap arc welding）接头内部缺陷对疲劳性能的影响。工程结构（如汽车、航空、核电等领域）的焊接部件常承受循环载荷，而焊接过程中不可避免引入的孔隙（pores）和非金属夹杂物（inclusions）等缺陷可能成为疲劳裂纹的起源，显著降低接头的疲劳寿命。尽管通过优化焊接工艺可减少缺陷，但缺陷的随机分布和微观结构不均匀性仍使疲劳寿命预测极具挑战性。
研究目标包括：
- 量化内部缺陷特征（如形状、尺寸、位置）与疲劳裂纹萌生寿命（crack initiation life, *Ni*）的关系；
- 提出考虑多裂纹形成效应的数值模型，以更准确预测疲劳寿命；
- 揭示缺陷界面应力分布与裂纹萌生机理，为焊接接头设计提供理论依据。
3. 研究流程与方法
3.1 实验材料与试样制备
研究对象为NiCrMoV钢窄间隙电弧焊接接头，焊后经560°C、20小时的热处理（PWHT）以释放残余应力。试样分为两类：
- 高周疲劳试样：平行段长度30 mm，焊缝区宽度约18 mm，表面经机械抛光以减小粗糙度影响（图1a）；
- 疲劳裂纹扩展（FCG）试样：采用紧凑拉伸（CT）试样，裂纹尖端位于焊缝中心（图1b）。
3.2 高周疲劳测试
- 测试条件：室温下，应力比（stress ratio, *R*）为-1，频率125 Hz，部分试样预测试R=0.1后复测；
- 终止条件：循环次数超过1.0×10^8未失效视为“存活”（run-out）。
3.3 疲劳裂纹扩展测试
- 测试标准：ASTM E647-13，应力比*R*设为0.1至0.9，通过光学显微镜监测裂纹长度；
- 目的：获取Paris函数参数（c, *m*）及门槛值应力强度因子范围（Δ*Kth,0*）。
3.4 分析与表征
- 微观结构：光学显微镜（OM）观察焊缝区组织（主要为回火粒状贝氏体）；
- 硬度分布：测量焊缝及热影响区（HAZ）的显微硬度波动（图2）；
- 断口分析：扫描电镜（SEM）和自动数字显微镜（ADM）观察裂纹起源、鱼眼区（fish-eye area）及短裂纹形貌。
4. 主要研究结果
4.1 疲劳寿命分区与裂纹萌生寿命计算
- 疲劳总寿命（*Nf*）分为裂纹萌生寿命（*Ni*）和扩展寿命（*Np*），通过排除鱼眼区内长裂纹扩展寿命获得*Ni*（图4）；
- 采用Δ*Kth,0*（7.58 MPa·m^1/2）作为寿命分区的阈值标准（图6），并引入阈值区增量寿命（TRIL）概念（图5）；
- 短寿命试样（Nf < 2×10^6）中*Ni*占比约50%，而超长寿命（Nf > 10^7）中*Ni*占比超90%（图8b）。
4.2 缺陷形状与多裂纹形成机制
- 裂纹倾向于从缺陷短轴顶点萌生（图10-11），因几何不规则性和晶粒弹性各向异性导致局部应力集中；
- 大尺寸缺陷（如aread =134 μm）界面形成粗大首次棘轮标记（FRMs，图10c），而小缺陷（aread =69 μm）界面出现粗糙区（RA，类似FGA，图11b），伴随多裂纹交汇形成FRMs；
- 缺陷形状通过影响界面应力分布间接调控裂纹萌生数量（图12）。
4.3 疲劳寿命预测模型
- 基于Murakami的√*aread*参数，提出修正模型：Ni = (1/α) [(*σa*√aread)/y]^β，其中*y*为缺陷形状修正因子（多裂纹数量），α=238.03，β=0.06447（图14）；
- 模型在焊缝区失效案例中拟合良好，但热影响区因微观结构梯度需进一步校准。
5. 结论与价值
- 科学价值：揭示了焊接接头内部缺陷尺寸、形状与疲劳裂纹萌生的定量关系，提出多裂纹形成是超长寿命阶段的关键机制；
- 应用价值：为焊接结构疲劳寿命预测提供了新模型，尤其适用于缺陷主导的失效场景；
- 创新性：首次将阈值区增量寿命（TRIL）纳入*Ni*计算，并建立缺陷形状因子*y*与多裂纹的关联。
6. 研究亮点
- 通过断口三维形貌（ADM）量化了缺陷界面裂纹萌生过程；
- 结合Paris定律与裂纹闭合效应修正，提高了*Np*计算精度；
- 揭示了小缺陷长寿命的“粗糙区（RA）”形成机制，与高强钢中的FGA现象类比。
7. 其他发现
- 残余应力（WRS）通过PWHT和循环加载显著释放，对结果影响可忽略；
- 热影响区失效样本（如IC-HAZ）因硬度梯度需单独建模（图3b）。