基于临界面法的三参数多轴疲劳损伤模型

基于临界平面方法,提出一种能适用于拉-扭加载的多轴疲劳损伤模型.新的模型采用应力与应变的三参数相结合形式,不仅考虑了当前循环内临界面上最大剪应变范围和正应变变程对多轴疲劳损伤的贡献,还顾及了非比例附加强化效应和平均应力对多轴疲劳寿命的影响.该模型预测精度较高且本身不含有材料常数,便于实际工程应用.最后,将提出的多轴疲劳寿命估算模型结合Inconel 718钢、高温GH4169合金和高温Haynes 188合金等3种材料的多轴疲劳试验进行寿命预测验证,预测结果与试验结果吻合较好.     

基于临界面法的多轴低周疲劳损伤参量

为了更简便地预测多轴低周疲劳寿命,通过分析裂纹扩展特点和最大剪应变面上的最大剪应变和相应的法向应变变化特点,提出以最大剪应变平面作为损伤临界平面,将最大剪应变和相应的法向应变作为基本的多轴疲劳损伤参数,建立了基于临界面法的多轴低周疲劳损伤参量.对GH4169合金和45~#钢的寿命预测结果表明,该损伤模型误差基本在2个因子之内.     

基于损伤累积理论的多轴疲劳寿命预测方法

为估算工程构件的疲劳寿命,建立一种基于损伤累积理论的多轴疲劳寿命预测方法.利用有限元法和疲劳损伤累积理论对6种损伤参量进行修正,计算得到在单轴、双轴比例、双轴非比例、三轴比例和三轴非比例循环载荷作用下疲劳损伤累积规律,建立一种幂指数形式的损伤演化方程,估算疲劳寿命,并与试验结果进行比较.计算结果表明:单轴疲劳载荷作用时,损伤累积规律是线性的;多轴疲劳载荷作用时,损伤累积规律是非线性的;由这种方法预测的双轴比例、非比例加载的疲劳寿命与试验值吻合得很好.得到一种可解决三轴非比例加载疲劳问题的寿命预测方法,这种方法所需由试验确定的常数少.     

高温多轴载荷下低周疲劳寿命预测

针对Mod.9Cr-1Mo铁素体钢进行550℃下多轴低周疲劳试验,定义主应变比用以考虑不同的比例程度对多轴疲劳寿命的影响.针对各路径和各幅值下的循环软化特性进行分析,对比结果表明：路径对循环软化特性的影响大于应变幅值对循环软化特性的影响,其软化程度随扭转载荷所占比例增加而增加.采用最大正应变方法、最大剪应变方法和von Mises等效应变法进行疲劳寿命预测,结果表明：最大正应变方法针对扭转路径得到的预测结果偏于安全;最大剪应变方法预测扭转路径较好,但对于单轴路径给出的预测结果过于不安全;等效应变法得到的预测结果偏于保守.     

高温多轴变幅疲劳损伤累积

为进行高温多轴变幅疲劳寿命预测,以应力幅作为损伤变量,采用经典的Chaboche模型进行多轴疲劳损伤计算.多轴加载下等效应力的确定是根据单轴加载下的本构关系,利用多轴等效应变求出等效应力.修正Chaboche疲劳累积损伤模型中应力指数表达式的形式,根据Chaboche损伤累积模型,求解变幅加载下的疲劳损伤.推导出多级加载的Chaboche疲劳损伤累积公式,将其用于变幅加载块的疲劳损伤估算.寿命预测结果与试验结果接近,误差基本在2倍因子之内,说明了寿命估算方法的可行性.     

多轴非比例加载条件下疲劳损伤参量的研究

为解决传统的疲劳方法对于复杂的多轴加载情况下疲劳寿命估算不理想的问题,利用有限元分析方法,研究了试件在单轴加载,双轴比例、非比例加载、三轴比例、非比例加载情况下,6种常用疲劳损伤参量随截面位置的变化情况,进而确定每一种损伤参量的最大值和相应的临界面位置。在此基础上提出一种新型的损伤参量,该损伤参量结合了剪应力功的概念和疲劳破坏的微观机制。     

疲劳寿命预测能量方法的试验验证及其参数系统分析

根据疲劳过程能耗分析建立的损伤模型和目前常用的几种典型疲劳损伤模型,进行了复杂载荷历程下的疲劳寿命预测,并将预测结果与疲劳失效试验结果进行了比较.讨论了疲劳寿命预测方法中参数系统,提出一种检验寿命预测方法完备性的方法.     

航空发动机用钛合金TC17疲劳失效研究

为了揭示钛合金TC17疲劳失效机理,本文针对钛合金TC17疲劳研究建立了适用于钛合金TC17的疲劳寿命预测模型。采用超声疲劳试验技术,对钛合金TC17进行不同应力幅值条件下的疲劳试验,并对试件的表面形貌进行定量检测。应用经典的两参数模型(Basquin模型),结合钛合金TC17疲劳试验结果,提出了超高频率载荷作用下的钛合金TC17应力-寿命(S-N)曲线。使用扫描电镜显微镜对试件断口形貌特征进行观察,分析表面粗糙度对钛合金TC17高周及超高周疲劳失效机理的影响及疲劳性能的劣化作用。结果表明:TC17疲劳强度为615 MPa,表面粗糙度是引起TC17疲劳失效的主要因素。研究内容对钛合金TC17零部件维护及寿命预测具有积极意义。     

多轴低周疲劳寿命预测方法研究

针对近年来的疲劳研究现状进行了初步分析,详细评述了多轴比例、非比例、常幅、变幅加载下低周疲劳寿命四种估算方法：临界平面法、等效应变法、能量法和临界面应变能密度法．对一些模型的应用范围和预测能力进行了讨论,并对今后的研究工作提出了建议．     

振动对TBM液压泵泵轴受力及疲劳寿命影响分析

针对硬岩掘进机(tunnel boring machine,TBM)强振动工况,分析引起泵轴疲劳失效的两种机理:载荷与材料性能变化.建立了泵轴在强振动下的受力仿真模型,仿真得到泵轴稳态受力幅值随频率及振幅均呈线性增加.根据经验数据,获得不同工况下的S-N曲线修正模型.建立泵轴的有限元模型,加载不同工况的载荷与材料参数,得到振动参数影响泵轴疲劳寿命的规律.结果表明:当振幅小于3 mm,频率小于20 Hz时,泵轴总能满足对寿命要求;当振幅大于4.8 mm时,不能满足其寿命要求;当频率为10 Hz时,能满足泵轴疲劳寿命的最大振幅为4.3 mm.