一种多轴载荷下的疲劳寿命预测模型

提出了一种多轴疲劳载荷下的疲劳寿命预测模型,该模型运用Von mises等效应力应变之间的关系,将单轴Manson~Coffin方程的寿命预测模型转化为多轴疲劳应力~寿命预测模型。以2A12铝合金为分析研究对象,依据相关的经验公式以及运用有限元仿真方法得出寿命预测模型的相关常数,从而获得寿命预测曲线。通过和实验结果比较可知,所提出的多轴寿命预测模型具有较好的预测精度,能有效的预测多轴载荷下的疲劳寿命。     

高温合金激光冲击强化数值模拟及其疲劳寿命预测

建立了激光冲击强化宏观有限元数值模型和细观参量演化数值模型,提出了激光冲击强化三维多尺度模拟方法,分析了激光冲击强化后Inconel 718高温合金残余应力、位错密度、晶粒尺寸的分布规律;考虑激光冲击强化所致残余应力和晶粒细化对疲劳寿命的影响,对Sines疲劳寿命准则进行修正,并进行了试验验证.结果表明:模拟得到试样表面光斑冲击范围内形成了不小于550 MPa的残余压应力,表层区域存在明显的位错增殖,局部晶粒尺寸可细化25％左右,模拟结果与试验结果基本吻合;采用修正Sines准则预测得到的疲劳寿命在3倍分散带内,说明该模型能够较好地预测激光冲击强化后Inconel 718高温合金的疲劳寿命.     

风力发电机组大型铸件多轴疲劳计算

针对受载复杂的风力发电机组大型铸件疲劳预测问题和多轴疲劳损伤理论及其计算方法进行分析和研究;分析了绝对值最大主应力法和临界平面法两种不同预测模型及损伤参量对多轴疲劳预测结果的差异性影响;采用这两种方法,结合有限元法、雨流计算和线性累积损伤准则,采用多应力比S-N曲线修正平均应力的方法对受载最复杂的轮毂疲劳寿命分别进行了计算,分析了这种方法差异性的存在。对风电机组大型铸件的多轴疲劳寿命预测具有重要参考意义。     

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。     

金属多轴疲劳行为与寿命预测研究进展

多轴疲劳损伤行为和寿命预测研究关系着复杂加载条件下金属结构件的服役安全,一直受到科学和工程领域的重视.总结多轴低周和高周疲劳试验性能测试一般过程和疲劳行为研究,重点论述多轴非比例加载对低周疲劳和高周疲劳行为的影响,受加载路径,加载载荷和材料类型的影响,非比例加载对材料低周疲劳循环硬化行为和疲劳寿命的影响有差异,对低周疲劳和高周疲劳表现的疲劳行为的影响也有差别,作用机理不尽一致.单轴本构关系通过引入非比例度因子、修正循环强度系数或将多轴加载时的应变等效为单轴应变等方式可推广到多轴疲劳领域.基于应力、应变、能量、临界面和临界面应变能密度法的多轴疲劳寿命预测模型在文中做了综述,疲劳损伤参量中包含能量项的一些多轴疲劳寿命预测方法常被用于多轴低周和高周疲劳寿命预测.缺口件多轴疲劳寿命可采用多轴损伤参量结合局部应力应变法、应力梯度法、应力场强法及临界距离法等进行预测.     

复合材料层压板疲劳模量模型及寿命估算

提出基于单向板单轴疲劳试验数据预测层压板疲劳寿命的模型.采用疲劳模量构造典型应力比下的寿命曲线和损伤函数,利用等寿命曲线求出任意应力比下的疲劳寿命,引入复合累积损伤变量计算单向板多轴循环应力下的疲劳寿命;层压板的疲劳寿命预测以单向板多轴疲劳寿命为基础,通过层压板应力分析、失效分析和材料性能退化的循环迭代过程计算寿命;编写层压板疲劳寿命计算程序,寿命预测结果与试验结果吻合良好.     

基于应力不变量的多轴疲劳寿命预测方法

提出了一种基于应力不变量的处理多轴高周复杂载荷的疲劳寿命预测方法。该方法将剪应力等效幅值的求解与损伤估算相联系,通过考虑载荷偏量路径沿求解剪应力等效幅值时的参考坐标系各轴投影的分量来估算疲劳损伤。考虑平均应力的影响,利用多轴循环计数法和修正S-N曲线方法来预测疲劳失效循环次数。经过疲劳试验数据验证,预测结果与试验结果吻合较好。     

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。     

航空发动机涡轮盘用GH4133B合金疲劳裂纹扩展寿命概率预测

镍基高温合金的概率寿命预测要求模拟多种复杂随机现象。针对室温下航空发动机涡轮盘用GH4133B合金的疲劳裂纹扩展试验数据,采用Paris公式和含门槛值ΔKth的修正Paris公式,对不同应力比下的疲劳裂纹扩展速率进行概率预测。基于Paris公式和修正Paris公式的积分式计算不同存活概率P下的理论疲劳剩余寿命Nfp,并与试验疲劳剩余寿命Nft对比。结果表明,当P=50%时,基于修正Paris公式的Nfp与Nft吻合;当P=90%时,基于Paris公式和修正Paris公式的Nfp均与Nft吻合;当P=99%时,基于修正Paris公式的Nfp具有高可靠度。基于疲劳寿命试验数据的非线性回归分析绘制Nf-Fp,m-Fp,a曲面,引入参量γ表征平均载荷Fp,m和载荷幅值Fp,a对疲劳寿命Nf的影响,结果表明,在所研究的应力比范围内Fp,m对Nf影响大。     

变幅载荷下填充型天然橡胶疲劳试验与预测方法研究

以填充天然橡胶哑铃型圆柱试件为研究对象,进行不同应变比R与变幅载荷下的单轴疲劳试验,并分析变幅载荷对疲劳寿命的影响。以应变幅值为损伤参量,建立基于应变比R=0的等效应变幅值统一疲劳寿命预测模型,利用该模型预测所有应变比工况下的疲劳寿命,其预测值与实测寿命的偏差在2倍分散因子以内;对不同应变比R、载荷水平、加载顺序与停顿时间等变幅载荷下的疲劳寿命进行单轴疲劳试验,基于Miner线性损伤法则预测变幅载荷下的疲劳寿命,和实测寿命相比其偏差都落在2倍分散因子以内;对哑铃型试件进行随机载荷疲劳试验,通过雨流统计和不同应变比R下的统一疲劳寿命预测模型计算其总寿命,预测结果和实测结果最大误差在34%以内。验证了Miner线性损伤法则在填充型天然橡胶疲劳寿命预测中的普适性,所建立的不同应变比R下的等效应变幅值统一疲劳寿命预测模型可用于橡胶隔振器的前期耐久评估。     

高温比例与非比例加载下多轴疲劳寿命预测

针对拉扭多轴疲劳加载情况，分析最大剪切平面上的应变特性。利用临界损伤平面原理确定不同加载参数下的临界损伤平面，在此基础上提出一种基于单轴疲劳材料常数和高温蠕变特性的高温多轴疲劳寿命预测模型。利用高温合金材料GH4169薄壁管疲劳试样在控制应变拉扭循环加载下的试验数据，对所提出的寿命模型进行验证。结果表明，在高温低周拉扭循环加载下，所提出的高温疲劳寿命预测模型可以较好地预测高温疲劳寿命。     

7075航空铝合金原位腐蚀-多轴疲劳行为分析

针对沿海地区飞机服役过程中的疲劳失效问题,利用自行开发的腐蚀装置对7075铝合金进行未腐蚀和3.5%NaCl盐雾原位腐蚀条件下,等效应力分别为200 MPa、250 MPa和300 MPa时的多轴疲劳试验。结合循环曲线和断口形貌对未腐蚀和原位腐蚀条件下的多轴疲劳失效机理进行对比分析,并提出改进的Manson-Coffin-Basquin（MCB）准则进行寿命预测。结果表明,随着等效应力的增大,7075铝合金未腐蚀和原位腐蚀条件下多轴疲劳寿命均下降;等效应力相同时,相对于未腐蚀试样,原位腐蚀试样的多轴疲劳寿命显著缩短,轴向和扭向滞回线的面积均不同程度增大;200 MPa等效应力条件下,试样多轴疲劳寿命在未腐蚀条件下为99 675周次,原位腐蚀条件下下降至55 284周次;未腐蚀和原位腐蚀条件下,裂纹源均出现在外表面,原位腐蚀试样扩展区有盐粒出现;修正的MCB准则引入加载条件和环境因素,得到了良好的预测效果,寿命预测值均位于两倍分散带内。     

多轴随机应变加载下铝合金缺口件有限元分析及寿命预测

在应变控制下对7075-T7451铝合金实心棒带U型环状缺口试件进行拉—扭比例、非比例恒幅和随机加载疲劳试验。查明名义剪切应力最大值与轴向应力最大值的下降规律,并用两者最先开始下降时的循环数比值来评估裂纹萌生寿命。利用弹塑性有限元法分析不同加载条件下试件缺口根部的循环应力、应变响应。基于有限元计算得到的应力、应变结果,采用拉伸型多轴疲劳损伤模型预测随机加载条件下缺口试件的疲劳裂纹萌生寿命,计算结果与试验得到的寿命比较吻合。     

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     

应力场强法在多轴疲劳寿命估算中的应用

将预测疲劳寿命的方法－－应力场强法理论初步应用到单轴加载和多轴加载下的疲劳寿命估算。同时，对于单轴加载和多轴比例加载给出预测算例，并与其试验结果进行对比，结果表明应力场强法是一种较好的预测多轴疲劳寿命的方法。     

活塞销疲劳寿命预测的研究

疲劳破坏是活塞销的主要失效形式。对活塞销进行了载荷分析、利用APDL语言建立了有限元分析模型。理论计算了活塞销的疲劳安全系数。基于有限元结果结合Goodman单轴、Sinse多轴修正的名义应力算法,计算预测了活塞销的疲劳寿命。进一步利用FE-SEFE软件进行了单轴、多轴两种方法的疲劳寿命预测,验证该活塞销满足疲劳设计要求,理论验证了FE-SEFE软件在预测高周疲劳寿命的可行性。     

多轴应力响应下结构振动疲劳寿命预估的时域方法研究

应用Von Mises应力准则将多轴应力响应等效合成为单轴应力,给出了基于功率谱输入和时域输入的多轴应力响应振动疲劳寿命预估方法,时域输入法的求解过程没有丢失应力分量相位的相互信息,较功率谱输入法更完备。针对激励载荷是以功率谱密度函数形式表达的,提出了Monte-Carlo伪随机历程模拟将激励功率谱转换到时域激励中,再通过时域输入法进行寿命预估的求解思路,保证了等效合成的Von Mises应力的相位信息具有实际的物理意义,可指导多轴应力响应下结构振动疲劳寿命的精确预估以及声疲劳试验研究。     

不同加载方式下疲劳极限之间的关系

依据应力场强度法分析了同种材料在不同加载方式下各疲劳极限之间的关系，并讨论了弯扭、拉扭疲劳极限图，分析了一些疲劳实验数据，表明本文的分析方法是合理可行的。     

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。     

Multiaxial stress-strain modeling and effect of additional hardening due to nonproportional loading

Most engineering components are subjected to multiaxial rather than uniaxial cyclic loading, which causes multiaxial fatigue. The pre-requisite to predict the fatigue life of such components is to determine the multiaxial stressstrain relationship. In this paper the multiaxial cyclic stress-strain model under proportional loading is derived using the modified power law stress-strain relationship. The equivalent strain amplitude consisted of the normal strain excursion and maximum shear strain amplitude is used in the proportional model to include the additional hardening effect due to nonproportional loading. Therefore a new multiaxial cyclic stress-strain relationship is devised for out of phase nonproportional loading. The model is applied to the nonproportional loading case and the results are compared with the other researchers’ experimental data published in the literature, which are in a reasonable agreement with the experimental data. The relationship presented here is convenient for the engineering applications.