HRB335钢多轴疲劳寿命预测的改进临界面模型

对HRB335钢进行单轴(拉压、纯扭路径)和多轴非比例(圆形、菱形和蝶形路径)加载疲劳试验,在试验基础上标定等效应变法、KBM临界面模型和引入拉伸因子的临界面模型(拉伸因子模型)参数,对比分析了各模型对HRB335钢多轴疲劳寿命预测的有效性;通过引入路径非比例度和材料附加强化参数对拉伸因子进行修正,并对修正拉伸因子模型的预测结果进行了验证.结果表明:等效应变法对HRB335钢疲劳寿命的预测结果大部分超出三倍误差范围,KBM临界面模型与拉伸因子模型对圆形和蝶形路径加载下的疲劳寿命预测结果也部分超出了三倍误差范围;修正拉伸因子模型对5种加载路径下HRB335钢的疲劳寿命预测结果都位于三倍误差范围内,并且对Q235钢和304不锈钢的多轴疲劳寿命预测值也与实测结果吻合,该模型合理有效.     

考虑应力梯度效应的多轴疲劳寿命预估方法研究

针对局部应力应变法在多轴缺口件疲劳寿命研究中未考虑应力梯度的问题,提出了考虑等效应变、非比例附加强化和应力梯度效应的多轴疲劳损伤参量.考虑剪应力和正应力梯度效应对材料疲劳损伤的影响,引入综合反映剪应力和正应力共同作用的等效应力梯度因子;基于Von Mises等效应变准则,结合Man-son-Coffin方程,建立了一种考虑缺口件临界面上应力梯度效应的寿命预估模型方法,并且使用航空材料GH4169试件进行试验验证.结果表明,考虑应力梯度效应的多轴疲劳寿命预估方法的预测结果优于局部应力应变法.     

考虑附加强化效应及平均应变的多轴疲劳寿命预估

考虑多轴加载条件下裂纹萌生和扩展的物理意义，将Miner理论与临界面法相结合提出了一种多轴等效线性疲劳寿命预估模型；将循环屈服应力与静态屈服应力的比值用来反映材料的循环强化能力，并定义了附加强化因子，考虑相位差及载荷条件对非比例附加强化效应的影响，对非对称加载下的平均应变进行了修正；利用等效应变预估模型、最大剪切应变幅模型及所提模型对5种材料的光滑及缺口试样多轴疲劳寿命进行了预估，并将预估结果与试验结果进行了对比分析，结果表明：比例加载时，3种模型都能获得较好的效果；非比例加载时，所提模型的预估效果要优于其他两种模型的预估效果。同时也验证了所提出的附加强化因子能够反映相位差及材料特性对附加强化效应的影响。     

基于损伤力学-临界面法预估多轴疲劳寿命

基于损伤力学理论建立的非线性疲劳寿命预估模型在多轴疲劳寿命预估中获得了广泛的应用,但该模型并未考虑损伤面发生的位置及其物理意义,将其与临界面法相结合提出一种新的多轴非线性疲劳寿命预估模型,新模型能够弥补现有的非线性疲劳寿命预估模型未考虑临界面物理意义的不足。新模型从损伤的角度来预估多轴疲劳寿命,不仅考虑了临界面上裂纹形成及扩展的物理意义、相位差对附加强化现象的影响,而且对非对称加载下的平均应变进行修正。新模型仅仅利用单轴疲劳试验数据以及单轴疲劳材料常数就可以预估出试样的多轴疲劳寿命,从而避免了代价高昂的多轴疲劳试验。采用45钢、316不锈钢、钛合金TC4三种材料的多轴疲劳试验数据对提出的模型进行评估和验证,对几种材料比例/非比例以及对称/非对称加载下的多轴疲劳寿命进行预估,预估结果与试验结果的误差都在5%以内,结果表明提出的多轴非线性疲劳寿命预估模型具有较高的预估精度。     

非比例载荷下304不锈钢低周疲劳寿命预测

在拉扭疲劳试验机上完成了一系列非比例加载下对304不锈钢的低周疲劳试验,对目前常用的几种多轴疲劳寿命预测模型进行了分析比较。结果表明,以单轴疲劳寿命分析方法为基础的等效应变法,不能预测多轴非比例加载下的低周疲劳寿命,以临界面法为基础的Socie剪切模型对非比例加载下304不锈钢材料的疲劳寿命预测较好。     

基于最大切应变幅和修正SWT参数的多轴疲劳寿命预测模型

工程中的大多构件承受着复杂的载荷形式,将单轴疲劳模型应用到多轴载荷情况已不能满足工程精度的要求,多轴载荷下的疲劳寿命计算日益引起人们的重视。基于临界平面的思想,结合Fatemi-Socie(FS)模型和Smith-Watson-Topper(SWT)参数各自的优点,提出一种新的多轴疲劳寿命预测模型。该模型以最大切应变幅与最大切应变幅平面上修正SWT参数的和作为多轴疲劳损伤控制参量,此参量可以同时考虑非比例附加循环硬化和平均应力对材料多轴疲劳寿命的影响,能同时适用于比例和非比例加载下的多轴疲劳问题。采用纯钛Ti、BT9钛合金、304不锈钢、S45C钢和1045HR钢5种材料多轴疲劳试验数据对提出的模型进行评估和验证,对几种材料比例和非比例加载下的多轴疲劳寿命预测结果大都分布在试验结果的2倍分散带之内,结果表明提出的多轴疲劳寿命模型具有较高的预测精度。     

316L不锈钢温度相关与非比例强化的粘塑性本构模拟

高温动态应变时效影响316L不锈钢的力学行为,且材料在非比例加载条件下,表现出明显的非比例附加强化特性。基于McDowell粘塑性模型和Chaboche温度相关本构模型,将非比例度嵌入短程背应力模量与各向同性强化模型,提出了一个考虑温度相关与非比例附加强化的粘塑性本构模型,合理描述了室温及873 K下316L不锈钢在单轴、纯扭、比例及非比例加载路径的应力应变响应,得到了与试验一致的结果。     

一种新的多轴疲劳寿命预测方法

已有的试验结果表明,非比例加载过程中主应变轴在循环变形中连续旋转,导致多滑移系开动,阻碍了材料内部形成稳定的位错结构,从而产生非比例循环附加强化现象,导致疲劳寿命降低。由此,以薄壁圆管拉扭疲劳试件为研究对象,在分析临界面上的应变变化特性的基础上,基于多轴疲劳临界损伤面原理,应用von-Mises准则提出一种能够同时适用于比例与非比例加载的多轴疲劳损伤参量,并进行了平均应力修正。新的损伤参量,在考虑了临界面上最大剪应变范围和正应变范围对多轴疲劳损伤贡献不同的同时,还考虑了非比例加载下产生的附加强化对材料多轴疲劳寿命的影响。该参量不含有材料常数,便于工程应用。经正火45钢,S460N 钢,1045HR钢,高温Haynes 188合金,高温GH4169合金五种材料的多轴疲劳试验验证,预测结果与试验结果吻合较好。     

新的多轴非比例加载低周疲劳寿命估算公式

利用对 3 16L不锈钢多轴非比例加载低周疲劳的试验结果 ,对现有的多轴低周疲劳寿命估算方法进行讨论 ;基于 3 16L不锈钢非比例加载低周疲劳的微观机理 ,选择最大剪应变以及应变路径的非比例度作为损伤参量 ,建立基于临界面方法的新的非比例加载低周疲劳寿命估算公式 ;利用新的非比例加载低周疲劳寿命估算公式对寿命的预测结果表明 ,新的寿命估算公式对剪切型破坏的 3 16L与 3 16LN不锈钢及拉伸型破坏的 3 0 4不锈钢非比例加载低周疲劳寿命预测精度比现有的临界面方法高     

椭圆方程式的多轴疲劳寿命预测模型

建立一种椭圆方程式的多轴常幅疲劳寿命预测模型,该模型采用临界平面概念,以临界平面上的最大切应变幅和法向应变程作为基本参数,并引入最大等效应力来考虑非比例循环附加硬化的影响。对该模型的理论分析表明,在单轴拉伸及单轴扭转应力状态下该模型能退化为常规的疲劳应变寿命模型,具有很好的兼容性。采用现有的304不锈钢和S45C钢材料的多轴疲劳试验数据对该模型及其他几种经典的多轴疲劳寿命模型进行寿命预测分散带及标准差的对比,结果显示该疲劳寿命预测模型的寿命分散带和标准差最小。分析表明,所建立的疲劳寿命预测模型可同时适用于多轴比例与非比例循环加载,且具有较小的寿命分散带和标准差,预测精度高,材料适用范围较广,计算方便可行。     

高温316L钢非线性疲劳蠕变损伤演化模型及其应用

为了研究高温两级和多级疲劳蠕变载荷作用下计及载荷历程效应的寿命预测方法,文中首先基于韧性耗竭理论提出一种非线性疲劳蠕变损伤演化模型,并通过316L不锈钢高温单级应力、温度疲劳蠕变试验,确定模型中的损伤指数,以该损伤模型结合多级加载的损伤破坏准则对高温两级应力、温度疲劳蠕变载荷作用下316L钢的寿命进行预测,得出与试验较...     

不锈钢多轴非比例加载低周疲劳的研究

对３１６Ｌ不锈钢进行了单轴及多轴非比例加载低周疲劳试验及其微结构的观察,分析了非比例循环附加强化及低周疲劳寿命对应变路径依赖性的微观机理,基于微观机理的研究结果,以位错结构特征参量的统计平均值给出了加载路径的非比例度定义,建立了新的多轴非比例加载低周疲劳寿命估算公式。     

316L不锈钢循环特性的有限元分析及疲劳寿命预测

针对316L奥氏体不锈钢进行了低周疲劳试验,采用有限元方法针对材料的循环特性进行了模拟计算。试验结果表明,该材料在不同应变范围下均表现出了明显的循环附加硬化,且硬化程度随着应变范围的增加而更为明显。在Abaqus模拟计算中,使用非线性随动强化与各向同性强化的混合模型描述材料弹塑性行为。不同应变范围下,模拟得到的第二周次下的应力应变曲线与实验结果吻合较好,模拟得到的前20周的最大应力与实验结果的误差与应变范围有关,最大平均误差为3.20%。基于实验结果和模拟结果,采用能量方法进行疲劳寿命预测,预测结果均位于两倍分散带内。     

考虑附加强化效应的多轴高周疲劳损伤演化模型

基于连续介质损伤力学理论并结合修正循环强度系数法,研究非比例加载对材料高周疲劳寿命的影响,建立一种多轴应力当量折算高周疲劳损伤强化模型。同时根据常规微塑性应变高周疲劳损伤演化模型给出的S-N曲线方程以及修正循环强度系数法基本原理对所建模型的材质参数识别方法进行阐述。以航空工业常用的金属材料铝合金LY12CZ和30Cr Mn Si A钢为计算实例,得到两种材料的模型参数。将已建的损伤演化模型嵌入到ABAQUS的UMAT子程序中,实现了对受损试件的损伤追踪以及寿命预测。两种材料计算结果表明,新建模型的预测效果均在3倍误差以内,与试验吻合较好。此外,还对比分析现有的其他多轴寿命预测模型的预测效果,结果表明,新建模型更适合于多轴高周疲劳寿命预测。     

基于临界面理论的多轴等效应变疲劳寿命预估模型

针对等效应变模型未考虑非比例附加强化影响这一不足,将最大剪切应变幅所在平面定义为临界面,引入剪切平面上的最大正应力、正应变变程以及相位差作为损伤参量来反映非比例加载条件下的附加强化效应,该损伤参量还考虑了临界面上的最大正应力和正应变变程对材料裂纹萌生和扩展的影响。采用16MnR、GH4169、S460N、45钢和Pure Ti五种薄壁圆管试件来验证模型的正确性和有效性,并与三种经典模型进行对比分析,结果表明,新模型的预估能力要优于其他三种模型,且寿命预测结果较为精确。     

316不锈钢材料的统计热疲劳模型

通过对316不锈钢材料在450℃,600℃和700℃中温环境应力控制下的低周疲劳试验,得到有实际意义的试验结果,对这些试验结果进行分析和研究,得出316不锈钢材料在中温环境和应力控制下的低周热疲劳行为,并且提出一个低周热疲劳寿命预测模型。在所建立的低周热疲劳寿命模型中,Manson通用斜率方程被用于疲劳寿命与拉伸性能的试验整合。通过对疲劳试验数据与不同的数学模型进行的拟合以建立温度和其他参数之间的函数关系,从而对316不锈钢材料在中温低周疲劳环境下进行寿命预测,为以后的寿命评估模型提供依据。     

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.     

平板普通型爆破片疲劳破坏行为解析

针对爆破片服役过程中的疲劳破坏失效问题,以316L不锈钢为材料,采用试验检测结合数值模拟解析的方法对平板普通型爆破片开展相关研究。试验结果表明,平板普通型316L不锈钢爆破片的临界爆破压力P b=26.07 MPa,在0.8 P b(20.86 MPa)应力循环作用1000~8000次后,爆破压力逐步下降至21.87 MPa,在20.86 MPa恒定应力循环作用下爆破片的平均疲劳寿命为13175次。采用ABAQUS软件,针对平板普通型316L不锈钢爆破片进行静态断裂力学分析,进而结合FE_SAFE软件,可以较准确地预测不同应力水平循环作用下的疲劳寿命。相关研究为爆破片疲劳寿命预测提供了新思路,这对其安全服役有着重要意义。     

一种新的随机多轴疲劳寿命预测方法

提出一种多轴随机载荷下的疲劳寿命预测方法。该法首先基于von Mises等效应变和等效应力概念、符号修正公式以及传统的单轴雨流计数法,提出一种多轴随机载荷下的循环计数方法。此法主要针对多轴随机载荷下vonMises等效应变和等效应力历程中的符号丢失问题,建议采用一种符号公式来加以修正,以便于结合单轴雨流计数法对修正后的von Mises等效应变历程进行较为精准地循环计数,从而不仅有利后续疲劳损伤的正确估算,还可使单轴循环计数法能有效地应用于多轴载荷—时间历程。然后分析von Mises等效应变循环内的应变状态,并定义该循环内的临界平面和构造损伤参量的基本参数。最后,将提出的计数方法结合几种常见的临界面多轴疲劳损伤模型以及线性损伤定律,对随机拉—扭加载下的En15R钢薄壁管疲劳试件进行寿命预测验证,预测结果与试验结果吻合较好。     

缺口形式对022Cr17Ni12Mo2钢疲劳特性的影响

针对022Cr17Ni12Mo2不锈钢U形缺口件进行拉伸试验和应力控制条件下的低周疲劳试验,并进行疲劳寿命预测。拉伸试验和疲劳试验结果均表明,U形缺口件的缺口强化效应较先前半圆形缺口件更为明显;疲劳强度因子随寿命的降低而减少,低应力水平下缺口效应更为显著。针对迟滞回线和应变变化幅度分析其循环特性,U形缺口件硬化程度略高于半圆形缺口件。采用Peterson模型和K_f试验法进行缺口件疲劳寿命预测,结果表明K_f试验法得到的寿命预测结果好于Peterson模型的预测结果。