基于损伤力学预估切口构件裂纹形成寿命

构件的疲劳寿命包括裂纹形成和扩展两个阶段,断裂力学估算裂纹扩展寿命已经相当成熟,但其无法估算裂纹形成寿命,因此基于损伤力学理论建立的疲劳损伤模型被用来预估裂纹形成寿命,且取得很好的效果。文中基于疲劳损伤模型预估缺口试件的裂纹形成寿命,利用封闭解的方法给出了切口构件在拉压载荷下的损伤演化方程,同时计算了不同应力集中系数下切口试件裂纹形成寿命,经试验验证,该方法预估的寿命与试验寿命基本吻合且偏于安全。     

缺口构件疲劳裂纹形成的研究

本文论述了使用缺口顶端的形变功密度作为预测缺口构件疲劳裂纹形成的控制参量,利用缺口弹塑性应力应变集中的能量理论计算缺口顶端的局部应力、应变,从而十分简便地预测缺口的疲劳裂纹形成寿命。同时提出了考虑缺口顶端局部应力比 R′的寿命估算公式:N[(A—R′)~m△W。]=C并进行了不同初始过载比的缺口疲劳裂纹形成实验,提出了在初始过载条件下估算缺口疲劳裂纹形成寿命的关系式。     

三点计数法在局部应力应变法中的应用

应用局部应力应变法估算构件疲劳寿命时,用计数法摘取应变(应力)历程中的全循环及半循环是一个重要环节,目前常用的雨流计数法尚需探讨改进。本文推荐一种新计数方法——三点计数法,能够计算出应变历程中所有全循环及半循环。并将该计数法用于估算构件疲劳寿命的修正Neuber法,编制出估算寿命的计算程序,供参考使用。     

CFRP加固含裂纹钢板疲劳性能研究

基于Paris公式估算钢构件剩余疲劳寿命。通过对试件裂纹尖端应力强度因子和裂纹扩展长度的估计,用积分计算其剩余寿命。试验证明加固的钢板受疲劳载荷的过程中CFRP板能有效发挥作用且不易剥离。单侧加固和双侧加固钢板疲劳寿命分别提高了1.1倍和4.9倍。因此用CFRP加固修复疲劳载荷下的损伤构件是一种行之有效的方法。     

用当量S—N曲线估算疲劳裂纹形成寿命

介绍了一种利用相对Ｍｉｎｅｒ法则估算构件在变幅载荷谱下裂纹形成寿命的当量Ｓ－Ｎ曲线方法。与常规的名义应力法相比，此方法不用常幅试验下得到的Ｓ－Ｎ曲线，而是根据该构件在两种载荷谱下的疲劳试验寿命，推导出能反映在变幅载荷谱条件下构件疲劳特性的当量Ｓ－Ｎ曲线为依据寿命估算。运用此方法，本文对文献（１）所给六种载荷谱下的试片寿命进行了计算，并以试验寿命为依据对按常规Ｓ－Ｎ曲线法修正的Ｓ－Ｎ曲线法，局部应力     

估计起重机主要构件寿命的局部应力—应变法

超重运输机械的结构复杂,通常工况也多变,某些重要构件常常在所承受的载荷远小于设计许用载荷的情况下过早地出现裂纹,甚至断裂破坏,影响整机的寿命。为了能近似地估算这些重要构件的寿命,供整机设计、结构改进起到参考的作用,本文结合疲劳损伤的机理,介绍一种估算起重机主要构件疲劳寿命的新方法——局部应力-应变法。同时编制了适合小型机使用的BASIC语言计算机程序,并给出了计算实例。     

基于损伤容限设计的疲劳裂纹扩展寿命估算

从损伤容限设计概念出发,以断裂力学理论为基础,在承认零构件内具有初始缺陷的基础上,应用著名的Par-is裂纹扩展速率公式,以对1020冷轧薄钢板在承受单轴恒幅循环载荷下的寿命次数的估算为例,介绍了一种简单实用的疲劳寿命估算方法,从而为技术人员在进行含裂纹件的疲劳裂纹扩展寿命计算中提供一定的理论依据。     

高温构件蠕变损伤与裂纹扩展预测研究新进展

精准的寿命预测是高温构件设计制造与运行维护的关键,但多轴应力和裂纹等缺陷的存在使得寿命预测的难度大大增加。综述了笔者近年来在高温蠕变损伤模型和蠕变裂纹扩展仿真方面的研究工作,主要包括:讨论了应力水平和应力状态对蠕变断裂应变的影响规律;基于幂律蠕变控制孔洞长大理论,提出了新的多轴蠕变延性模型;采用基于应变的损伤力学模型,预测了多种含缺陷结构中蠕变裂纹的扩展行为,并分析了蠕变条件下多个表面裂纹干涉、扩展及合并的全过程;发展了基于晶界孔洞化损伤机制的裂纹扩展分析方法,实现了蠕变疲劳裂纹扩展仿真和蠕变疲劳氧化裂纹扩展仿真。这些工作为建立考虑多轴应力影响的含缺陷高温构件寿命预测方法提供了有力支持。     

转轴裂纹检测及寿命预测技术研究

机械产品中绝大多数机器都是在交变应力下工作，而材料或机件在长期交变应力下出现裂纹，随后失效的现象称为疲劳断裂破坏。实际构件中不可避免地存在材料缺陷和应力集中，而在这些地方往往萌生出来表面裂纹或龟裂纹。因此就发展了一种新的设计思想——损伤容限设计。即允许机件或构件在使用寿命中出现裂纹，但在下次检修前要保证一定的剩余强度，能持续正常使用，直至下次检修时能够发现，予以修复或更换。因材料中已存在初始缺陷，用断裂力学来预估随后的疲劳裂纹扩展寿命，必须首先确定出原初始缺陷尺寸和裂纹扩展规律，这是预估构件寿命…     

基于损伤力学的某飞机构件冲击疲劳寿命预估

某飞机起落系统中某重要构件在飞机往复起落中承受循环冲击载荷作用,需对该构件的冲击疲劳强度进行分析。损伤力学方法对冲击疲劳问题来说是一种新的分析方法。首先分析构件在静载荷作用下的细节应力,判明疲劳危险点,接着分析得到危险点在冲击载荷作用下的应力响应。然后构建冲击型损伤演化方程,并识别其中的材质参数,提出将应力响应视为载荷谱的应力应变场—损伤场解耦处理方式,发展了损伤力学—有限元法,使其可用于预估构件冲击疲劳裂纹萌生寿命。而后应用该方法对构件在冲击疲劳载荷与非冲击疲劳载荷作用下的疲劳裂纹萌生寿命进行预估,得到寿命预估结果,进而比较得到冲击疲劳载荷作用下和非冲击疲劳载荷作用下构件寿命的当量关系,为该构件的等效疲劳试验提供重要参考依据。     

《工程材料高低循环复合疲劳》讲座(四)——高、低循环复合疲劳寿命预测

构件的疲劳寿命,在一般情况下是由裂纹形成循环数与裂纹扩展的循环数之和组成,在特殊情况下,可以重点确定其中一种。一、燃气涡轮构件材料高温高低循环复合疲劳寿命估算燃气涡轮盘、叶片等构件在其轮缘、孔边榫头及榫槽等局部关键部位,均承受着离心力和热应力的低循环载荷并叠加高循环振动载荷,简化载荷谱如本讲座(一)图4所示。失效寿命定义为控制应变的最大载荷下降25%所对应的循环块作为高低循环复合疲劳失效寿命,以下简称为高低循环复合疲劳寿命。     

某型飞机机翼Ⅱ梁框疲劳寿命研究

某型飞机机翼Ⅱ梁框是重要的受力部件,必须准确估计疲劳寿命,以预防疲劳事故的发生。采用名义应力法和局部应变法两种方法及Miner累积损伤理论估计疲劳裂纹形成寿命;在随机载荷谱转化为等幅载荷谱的基础上通过Walker方程求得疲劳裂纹扩展寿命,从而估算出某型飞机机翼Ⅱ梁框的疲劳寿命。估算结果与试验结果吻合很好。     

对2024铝合金疲劳裂纹扩展寿命进行预测

通过二维弹塑性有限元计算得到Ⅰ型静态裂纹在常幅疲劳载荷下裂纹尖端塑性应变能,进而获得裂纹尖端塑性应变能和应力强度因子幅值的非线性关系;根据能量平衡概念,建立了裂纹扩展速率与裂纹尖端塑性应变能的关系。由此得到一种基于裂纹尖端塑性应变能的疲劳裂纹扩展寿命预测模型,利用该模型预测了中心裂纹平板的疲劳裂纹扩展寿命,预测结果与试验值吻合得很好。     

用当量S－N曲线估算疲劳裂纹形成寿命

介绍了一种利用相对Ｍｉｎｅｒ法则估算构件在变幅载荷谱下裂纹形成寿命的当量Ｓ－Ｎ曲线方法。与常规的名义应力法相比，此方法不用常幅试验下得到的Ｓ－Ｎ曲线，而是根据该构件在两种载荷谱下的疲劳试验寿命，推导出能反映在变幅载荷谱条件下构件疲劳特性的当量Ｓ－Ｎ曲线，并以此当量Ｓ－Ｎ曲线为依据进行寿命估算。运用此方法，本文对文献［１］所给六种载荷谱下的试片寿命进行了计算，并以试验寿命为依据对按常规Ｓ－Ｎ曲线法修正的Ｓ－Ｎ曲线法、局部应力应变法和本文当量Ｓ－Ｎ曲线法所估算出的结果进行了比较，结果表明。本文所介绍的方法不仅简单实用，而且精度要明显高于其他几种方法。     

腐蚀疲劳裂纹扩展的计算与修正方法

本文介绍了腐蚀环境条件下疲劳裂纹扩展的计算与修正方法.在损伤容限设计中,进行疲劳裂纹扩展和寿命计算时,应以相同材料状态在相同试验条件下的试验结果为依据。当缺乏相应条件下的试验数据时,可根据其它一些试验结果进行近似估算或修正,文中提出了具体的估算或修正方法。     

基于局部应力应变场强法的结构声疲劳寿命估算

针对带有缺口薄壁结构的声疲劳寿命估算问题,研究了基于局部应力应变场强的缺口结构随机疲劳寿命估算方法。该方法能同时考虑局部应力应变梯度和多轴应力应变对疲劳损伤的影响。以薄壁开孔柱壳结构为对象,在声激振响应分析基础上,计算出孔边局部位置处的应变场强谱,并估算出疲劳寿命。对比分析表明,该方法对带有缺口薄壁结构声疲劳寿命估算具有可行性。     

用局部应力—应变法预测大型波纹管膨胀节寿命的有限元程序的研究

本文把弹塑性有限元法与材料的应变──寿命理论结合起来计算膨胀节的低循环疲劳寿命，即利用弹塑性有限元分析波纹管的最大应力应变（局部应力应变），根据局部应力应变利用奥氏体不锈钢材料的应变──寿命关系计算出波纹管的疲劳寿命。本文同时编写了该方法的Fortran计算程序，利用该程序可以比较准确地计算出膨胀节的低循环疲劳寿命。本文还把计算结果与膨胀节实测结果进行比较，证明了该方法是一种行之有效的估算膨胀节寿命的工程方法。     

反旋转弯曲载荷下V型切口棒料的疲劳寿命估算方法

针对应力下料的实际要求,介绍反旋转拉弯复合应力加载模型。提出带缺口棒料的疲劳寿命由始裂寿命和裂纹扩展寿命两部分组成的思想。在考虑V型切口棒料几何参数及材料拉伸性能影响基础上,给出裂纹起始寿命估算公式。通过分析裂纹扩展过程中应力比的变化规律,提出当量应力比概念,结合Walker公式得到反旋转弯曲载荷下带缺口棒料疲劳寿命估算公式。结合具体案例计算棒料疲劳寿命,与已有的反旋转应力下料方式实验结果对比,表明该估算公式预测结果精度高,具有较好的应用价值。     

高强钢断裂韧性与疲劳裂纹扩展评价方法研究进展

高强钢在服役过程中长期经受循环载荷作用，其疲劳与断裂问题一直是热点研究方向。准确评估高强钢的疲劳寿命和监测高强钢构件的服役状态，是保证大型装备安全运行的关键。随着断裂力学发展，损伤容限设计已成为航空、航天、核电和高速铁路等重要工业领域的关键构件疲劳断裂控制方法。作为损伤容限设计中的关键力学参量，准确掌握断裂韧性和疲劳裂纹扩展的评价方法，能够对解决大型构件完整性和可靠性研究的瓶颈问题中起到承上启下的作用。首先概述高强钢的分类和失效问题，分析断裂韧性和疲劳裂纹扩展的表征形式。从尺寸效应和能量准则等方面系统阐述了小试样估算断裂韧性的方法，并探讨高强钢中拉伸性能、冲击韧性与断裂韧性的定量关系研究进展。从近门槛值区、稳态区和全阶段区域分别阐述疲劳裂纹扩展模型和方法，并重点介绍贴近实际工程应用中的应力比和尺寸效应两方面的研究进展。最后提出高强钢断裂韧性和疲劳裂纹扩展评估及测试技术研究中值得关注的若干问题。     

安世亚太三维表面裂纹形状变化规律研究

目前,关于疲劳寿命的估算方法基本上是两种,即基于试验的S-N曲线法和基于疲劳裂纹扩展的断裂力学方法。多数国家采用S-N曲线法,但挪威船级社等已把断裂力学方法和S-N曲线法都列入规范作为疲劳寿命估算的分析方法。S-N曲线法具有广泛的可用性,而断裂力学方法是一个更合适的方法。因为断裂力学方法可以比较真实地模拟构件表面裂纹从萌生至扩展失效的全过