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.     

多轴疲劳寿命模型建立新方法

为解决多轴疲劳寿命估算问题,提出一种建立多轴疲劳寿命预测模型的新思路和新方法. 采用对单轴和多轴疲劳试验数据的共同拟合和优化方法建立多轴疲劳寿命模型,减少了对多轴疲劳损伤参数构造和疲劳试验数据类型的限制. 基于最大剪应变幅及最大剪应变幅平面上的法向应力和应变构造了一种新的多轴疲劳损伤参数. 采用ZTC4铸造钛合金、纯Ti、BT9钛合金3种材料的多轴疲劳试验数据对上述多轴疲劳寿命模型建立方法进行了评估和验证. 结果表明提出的多轴疲劳寿命模型建立方法是可行的,所建立的寿命模型对多轴疲劳试验数据的预测能力基本在2倍分散带之内.     

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.     

光滑薄壁管件的多轴循环弹塑性有限元分析

为数值模拟构件在多轴循环加载下的应力应变响应,利用ANSYS分析软件对承受高温2轴比例与非比例循环拉扭加载下的光滑薄壁管件进行了弹塑性有限元分析．分析模拟过程中,采用von Mises屈服准则、多线性随动强化准则和高温单轴循环加载的应力应变数据来描述材料高温弹塑性特性．采用柱坐标系下在试样一端加轴向位移和周向位移来实现拉扭应变加载．通过对光滑薄壁管件的后处理结果与试验比较表明,采用的循环弹塑性有限元分析得到的结果与试验结果相吻合．     

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.     

缺口件局部应力-应变关系影响因素的研究

为了分析缺口件局部应力-应变关系的影响因素,利用有限元方法对多轴循环载荷下的中心圆孔缺口试件进行了弹塑性有限元分析,讨论了应力幅、平均应力以及多轴性对缺口部位局部应力-应变关系的影响.结果表明:正应力幅和多轴载荷影响迟滞回线的形状,表征着材料的损伤,是疲劳分析中的重要因素;平均应力不影响迟滞回线的面积,对损伤没有影响,它主要影响迟滞回线中心的位置,在疲劳分析中须引入平均应力修正.     

梯度纳米结构IF钢的协同强化本构模型

提出了一种基于显微硬度建立梯度纳米结构IF钢的本构模型的新方法,并通过单轴拉伸过程的有限元模拟研究了应力状态演化。首先将梯度纳米结构层划分为12个等厚度薄层,假设各薄层与芯部粗晶的力学性能可用Hollomon硬化准则和GTN损伤模型表征,通过基于实验的反演算法识别出模型中的材料参数,从而建立了表征梯度纳米结构IF钢的协同强化效应和损伤演化的本构模型。通过模拟梯度纳米结构IF钢的单向拉伸过程,获得了材料在拉伸过程中依次经历的3种应力状态,即纯弹性变形时的单轴拉伸应力状态、表层受压芯部受拉的多轴应力状态和表层受拉芯部受压的多轴应力状态。基于有限元模拟得到的轴向应力—轴向应变曲线,准确预测了不同梯度层占比时的临界失稳应变。     

定侧压混凝土双轴变幅拉-压疲劳累积损伤研究

为了调查混凝土在双轴拉-压交变荷载作用下的疲劳性能和累积损伤规律,利用改造的MTS疲劳试验机对变截面棱柱体混凝土试件进行了定侧压下轴心拉-压单级等幅和多级高-低、低-高变幅疲劳试验．总结了实测等幅与变幅疲劳应变与变形模量的衰减规律,基于疲劳变形模量定义了损伤变量,拟合试验结果得到了两阶段的损伤演化方程,依据损伤演变与损伤状态、加载条件间的相关性,建立了相应的疲劳累积损伤模型,并给出了利用本文模型进行疲劳损伤分析和剩余寿命预测的方法．模型预测的剩余寿命与实际试验结果的对比验证了模型的精度与有效性．     

FRP约束损伤混凝土环向应变-轴向应变关系

为分析混凝土损伤对FRP约束混凝土的影响,通过收集已有文献的264个试验数据,建立一个包含混凝土试件截面形状、损伤种类和损伤程度,以及FRP约束刚度的大型数据库. 基于数据库对现有环向应变-轴向应变关系模型进行评估,并在Jiang等模型的基础上,建立FRP约束损伤混凝土柱的环向应变-轴向应变关系模型,采用数据库对新提出模型的准确性进行验证. 计算结果表明:Jiang等模型可以准确描述FRP约束未损伤混凝土圆柱的环向应变-轴向应变关系,但是现有的FRP约束未损伤混凝土柱的环向应变-轴向应变关系模型不适用于FRP约束损伤混凝土柱; 并且随着混凝土损伤程度的增加,现有模型的计算值与试验值的偏差也在增加. 新提出的模型能够准确描述FRP约束损伤混凝土的环向应变-轴向应变关系,模型可推广应用于FRP约束高温损伤混凝土柱. 新模型既可以同时适用于FRP约束预损伤圆形、正方形、长方形截面混凝土柱,也可以计算FRP约束预加载混凝土圆柱与方柱.     

多轴变幅加载下GH4169合金疲劳寿命预测

对于GH4169合金进行多轴变幅加载,非比例附加强化效应是影响疲劳损伤的重要因素.使用可反映非比例附加强化效应及体现材料弹塑性状态的疲劳损伤模型对损伤曲线法进行修正.修正的损伤曲线模型不仅可考虑多轴载荷路径与载荷幅值的变化对疲劳寿命的影响,又可考虑多轴非比例附加强化效应同时不含材料常数.通过GH4169合金多轴变幅载荷块数据对该模型进行验证,其结果令人满意。     

多轴载荷下AI-Mg-Si合金的循环特性及其机理

目的研究Al-Mg-Si合金在多轴比例和非比例载荷下的疲劳循环特性及其微观机理，为疲劳寿命估算公式的建立提供理论依据．方法宏观力学实验分析循环特性．结合透射电子显微镜分析不同加载路径下和不同的等效应力幅下的疲劳材料的位错结构特征．结果相同加载路径下，随着等效应力幅的提高，疲劳寿命降低，材料的循环硬化越来越显著，位错结构由不明显的交叉滑移过渡到明显的“迷宫”状特征．结论Al-Mg-Si合金的循环特性对加载路径和等效应力幅有强烈的依赖性，硬化越显著疲劳寿命越低．     

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.     

基于临界面法的疲劳损伤累积规律研究

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、非比例加载情况下六种常用疲劳损伤参量的累积规律，同时提出了一种新型的损伤参量．结果表明：在单轴、比例载荷作用下累积规律是线性的，而在非比例载荷作用下累积规律是非线性的．     

Review: Energy Methods for Multiaxial Fatigue Life Prediction

综述:多轴疲劳寿命预测中的能量法

仲政¹，芦迎亚²

（1.哈尔滨工业大学(深圳) 理学院，广东 深圳518055；2.联合汽车电子有限公司，上海201206）

摘要：材料和结构的疲劳断裂是工程应用中最常见的失效模式之一。多轴非比例加载下，大量材料表现出非比例强化效应，疲劳寿命大大减少。本文综述了多轴疲劳寿命预测中的能量方法，能量方法被分为三类：不考虑路径效应的能量方法、与临界面法相结合的能量方法、考虑路径效应的能量方法。在三类方法中，本文着重介绍了考虑路径效应的能量方法，因为该方法能够反映多轴疲劳问题中的非比例强化效应。

关键词：多轴疲劳，寿命预测，塑性功，非比例因子

     

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．     

加载路径对铝合金疲劳位错结构的影响

目的研究铝合金材料在相同等效应力幅、不同非比例加载路径下的多轴疲劳寿命以及疲劳失效试件位错结构,从而明确加载路径对位错结构的影响.方法利用透射电镜分析了不同加载路径下疲劳试样的位错结构特征.结果铝合金多轴非比例加载疲劳寿命变化规律为:圆形路径<正方形路径<矩形路径<椭圆形路径,圆形路径下位错以交叉滑移为典型特征,正方形路径下以单方向的滑移线以及拉长的位错环为典型特征,矩形和椭圆形路径下均以三方向的多滑移为典型结构特征.结论加载路径对疲劳寿命有明显影响,不同加载路径下疲劳试样位错结构不同,质点对位错有较强的钉扎作用,位错以线形平行排列塞积在质点前.