两级载荷作用下疲劳损伤状态的试验研究

以按高－低和低－高顺序作用的两级循环载荷下的疲劳损伤累积试验为基础，详细考察与分析了疲劳损伤的演化规律及状态特征，指出了目前常用的各种累积损伤模型的缺陷，提出了应用对其应用范围进行严格限制的建议。     

两级载荷作用下的损伤累积规律及其试验验证

研究累积损伤规律的文献很多,但迄今为止,各种能反映加载顺序影响的累积损伤理论都认为试样在按由高到低顺序排列的多给载荷作用下疲劳破坏时必有累积损伤的结果。本文作者经过分析研究认为,这些理论只反映了问题的一个方面。本文根据金属系中显微结构稳定性原理,提出并论证了对于循环硬化材料,在高-低两级载荷作用下,当第一级高载荷作用次数较少时必然有累积损伤的结果,进而推出在按高-低顺序排列的多级载荷作用下也有累积损伤的情况。而对于循环软化材料则相反。并就循环硬化材料的光滑试样进行了高-低两级加载的试验难证。在试验的基础上对累积损伤的计算提出了一些设想。     

随机载荷循环作用下的机械结构疲劳寿命预测模型

基于名义应力法建立了随机载荷循环作用下的结构疲劳寿命预测模型。分析了结构所受循环载荷作用的不确定性特征,在以循环载荷作用次数为寿命度量指标框架下,运用概率加权法和线性Miner累积损伤法则,分别建立了疲劳寿命与应力之间关系分别服从指数函数和幂函数两种形式时,随机载荷循环作用下的结构疲劳寿命预测模型,并运用所建立的模型对某转动轴的疲劳寿命进行了预测研究。     

304不锈钢两阶段载荷模式下的疲劳寿命

对304不锈钢进行一系列单轴、扭转、比例和非比例循环载荷变化的两阶段低周疲劳实验,比较各阶段载荷下的循环特性.结果表明在第一阶段载荷下,材料在开始几个循环表现出软化特性,在路径转化时有交错强化现象,而在圆路径下产生明显的附加强化.试验结果表明,这种强化对疲劳寿命有明显影响,使两段载荷的总疲劳损伤小于1.文中比较了线性损伤律和几个非线性损伤律(Manson的双线性损伤律、损伤曲线方法、Morrow模型)的寿命预测结果,表明对寿命的预测各模型都给出了不安全的结果.     

基于强度退化的金属材料疲劳寿命预估

为了进一步研究疲劳过程中金属材料剩余强度退化的规律,从疲劳损伤的定义出发,建立了剩余强度退化模型.根据前人的试验数据来验证本模型的正确性,通过与其他学者模型计算数据对比表明文章所建立模型提高了计算精度.同时基于所建立剩余强度退化模型提出一种改进的等损伤模型,由此推导出疲劳累积损伤模型.将此累积损伤模型应用于两级载荷下疲劳剩余寿命估算,并探究了变幅载荷下不同加载次序对疲劳寿命的影响,结合实验数据来验证该模型可以较准确地估算两级载荷下的疲劳寿命.     

基于变幅小载荷下的曲轴疲劳寿命预测分析

通过ABAQUS对曲轴模型进行有限元分析,得到局部最大时间应力载荷谱.运用雨流计数法对载荷谱进行处理,得到各应力幅值下的循环数.采用修正Corten-Dolan累积损伤理论,结合变幅载荷的应力幅值对曲轴进行疲劳寿命预测.通过分析,低于疲劳极限的应力会对曲轴产生强化作用,影响曲轴的疲劳寿命.     

拉—拉变幅循环加载下15MnVN钢切口件的疲劳寿命估算

用拉－拉变幅循环加载下１５ＭｎＶＮ钢发口件的疲劳实验进一步验证作者已提出的变幅载荷下给定存活率的疲劳寿命的估算模型。结果表明，对于１５ＭｎＶＮ钢这类没有超载效应的金属切口件，在旋转弯曲恒幅疲劳试验确定了试件恒幅载荷下的Ｐ－Δσｅｑｖ－Ｎ曲线以后，亦可根据Ｍｉｎｅｒ定则计算其在拉－拉变幅循环加载下具有给定存活率的疲劳寿命或累积损伤值，并给出了定量表达式。     

考虑材料分散性后Miner理论在多轴两级阶梯谱下的适用性研究

将材料疲劳寿命的对数正态分布参数引入Miner疲劳损伤累积理论,推导出两级阶梯谱下的疲劳损伤概率密度函数;进而给出累积损伤分散带。使用航空工业常用的LY12CZ铝合金,进行一系列多轴两级阶梯谱试验。依据补充的和文献已有的试验,使用本文方法计算考虑材料分散性后不同阶梯谱下的损伤分散带。通过对比损伤分散带和Miner理论计算值,考察不同类型多轴阶梯谱下Miner理论的适用性。分析结果表明,对于恒路径变幅谱和变路径常幅谱,由于前后级载荷的幅值较为接近,Miner理论的适用性与载荷非比例度的变化情况有关,载荷非比例度变化越大,Miner理论的适用性越好;对于变路径变幅谱,由于幅值差别较大,载荷变化对损伤累积的影响大于材料分散性带来的不确定性,Miner理论不适用。     

块谱内部载荷排序对结构疲劳寿命的影响

载荷次序的影响一直是疲劳累积损伤研究的热点话题,载荷的大小、级数、块谱外载荷次序及块谱内载荷次序的影响规律亟待探究。选取3种载荷范围,并按线性将其分为4、10、100级谱块与4、10、100级单峰值排序。通过线性累积损伤理论和两种经典非线性累积损伤理论,对以上各种情况进行累积损伤计算,得出载荷排序对载荷大小、级数、谱块内部、单级载荷次序的影响规律。     

拉—拉变幅载荷下45钢缺口件疲劳寿命分布的预测及其验证

根据预测模型。采用旋转弯曲得到的带存活率的疲劳寿命表达式和Miner法则,对给定多级拉-拉变幅载荷谱下的正火45钢缺口件变幅载荷下疲劳寿命下疲劳寿命和累积疲劳损伤临界值的分布进行预测,并通过拉-拉变幅载荷疲劳试验进行了验证,结果表明：45钢缺口件在多级拉-拉变幅载荷下的疲劳寿命和累积疲劳损伤临界值的预测值与试验值均近似服从对数正态分布,且两者符合很好。因此,此预测模型可应用于恒、变幅疲劳加载方式不同的疲劳试验结果预测。