考虑强度退化的非线性累积损伤模型分析

工程结构在服役过程中,累积损伤和强度退化同时发生,并相互影响。传统的累积损伤模型大多忽略了强度退化对损伤累积的影响。为建立考虑强度退化的Corten-Dolan累积损伤模型,通过分析强度退化模型推导出强度退化系数,将Corten-Dolan模型中的指数参数d定义为与强度退化系数有关的指数函数。通过试验数据和与文献结果对比验证了改进Corten-Dolan模型的有效性。研究表明:改进的Corten-Dolan模型可以很好地预测疲劳寿命,预测精度比传统Corten-Dolan模型更高。     

疲劳损伤及其非线性累积规律的研究

研究了疲劳损伤的合理定义,给出了适当的损伤累积法则应当满足的必要条件,建立了一种以有效循环塑性应变能耗为基础的疲劳损伤非线性累积法则。并从理论和实验两方面证明了该法则能够正确反映载荷次序效应等疲劳累积损伤规律。     

一种可用于复合材料寿命预测的非线性疲劳损伤累积模型

结合试验数据,提出了一种含有3个待定参数的非线性疲劳损伤累积模型,该模型能够描述复合材料结构疲劳损伤扩展3个阶段,即可以模拟初始循环载荷的损伤快速增长阶段、达到特征损伤状态时的缓慢增长阶段及断裂前损伤快速扩展的阶段。通过算例验证:本文模型与试验数据吻合性较好,可用于对复合材料结构疲劳寿命进行预测及损伤评估。     

多级载荷累积损伤下结构的动态可靠性分析

在服役环境中的各种不确定性因素及时间因素的共同作用下,结构将产生强度退化与累积损伤,进而严重影响到可靠性。传统的可靠性模型不能很好地反映载荷作用次序与强度退化等因素对可靠性的影响。利用区间理论,考虑应力作用次序不同而导致疲劳损伤的不同非线性演化过程,研究了多级载荷的等效转化问题;为承受多级载荷的强度退化下的结构,建立了动态非概率可靠性预测模型,构造了一种区间模型的动态可靠性分析方法;通过算例对多级载荷累积损伤作用下的结构动态可靠性进行了分析,并验证了方法与模型的有效性。     

一个新的连续损伤累积模型

本文由损伤力学的基本概念出发,推导了剩余S-N曲线的数学形式,建立了既能体现累积损伤的非线性效应,又能反映材料循环特性影响的疲劳损伤累积模型。该连续损伤模型在适用范围、精度和物理意义等方面都优于其他累积损伤模型,且便于应用。     

基于非线性累积损伤的随机振动疲劳寿命分析

预测承受随机载荷结构件的疲劳寿命是一个复杂的问题,应用Miner线性损伤准则经常会得出偏于冒险的寿命预测。非线性累积损伤理论考虑了加载顺序对疲劳寿命的影响,精度更高,但计算繁琐,且未能用于频域寿命计算。文中给出了一种基于非线性累积损伤的随机振动疲劳寿命分析方法,该方法将频域疲劳寿命的预估结果平分为若干段,考虑顺序效应对每一段结果进行修正并叠加,得到修正的振动疲劳寿命结果,通过简单试验件试验验证了该方法的准确性,对于某加筋板结构在动力学准确建模、多轴应力等效的基础上进行寿命估算,结果证明了方法的有效性和工程可用性。     

Miner疲劳损伤累积假说在谱状载荷中的应用

本文以Ｍｉｎｅｒ疲劳损伤累积假说为依据，讨论了如何对承受谱状载荷的机械零件进行疲劳强度设计，系统地总结和分析了Ｍｉｎｅｒ疲劳损伤累积假说的使用条件和它的局限性，使人们能够更好地应用这一理论。     

机械零件在随机载荷下的累积损伤可靠度计算方法

本文对近年来在机械零件累积损伤可靠度计算的发展作了简单介绍,推导了一个简明而实用的机械零件累积损伤可靠性予测公式,其中计算载荷的形式为能够普遍适用的各态经历随机过程。公式的推导是以零件的疲劳寿命概率分布服从逆幂定律为前提,Miner损伤理论为失效判据。文中给出了公式的一般形式,并对某些零件的疲劳寿命分布服从韦布尔及对数正态分布的情况用实例作了具体说明。     

考虑载荷交互作用的蠕变损伤累积和剩余寿命估算

提出两级加载条件下考虑加载历史影响的蠕变损伤演变方程和剩余寿命估算方法,分析结果表明,高一低加载时,由于硬化严重,损伤演变速率减缓,使寿命分数之和大于1;而在低一高加载时,由于硬化较弱,引起损伤演变速率加速,使寿命分数之和小于1。受损材料的硬化状态对后续载荷下的损伤演变过程具有明显的影响,本文方法反映的加载顺序效应与试验观察一致。     

基于低幅锻炼载荷的累积强化效果模型

根据汽车结构件在车辆运行过程中的受载特点,以汽车传动轴为对象,研究其在低幅锻炼载荷作用下的强度演变规律。通过对汽车传动轴光滑试样的低载强化效果试验,确定传动轴材料40Cr的低载强化应力区间,重点分析锻炼载荷幅值和加载次数对结构件剩余疲劳强度的影响,结果表明结构强度在一定条件下存在最佳的强化效果;并通过试验数据的正交分析与处理,拟合出强化或损伤效果与等效对称应力、加载次数的关系模型。进而以这一模型为基础,结合汽车传动轴工作的随机载荷谱,通过多级低幅载荷循环下强化和损伤强度的积分,建立传动轴在实际工作过程中的疲劳累积强化效果模型;并根据设计应力区间和最佳强化效果的应力区间的匹配,提出以低幅锻炼载荷的累积强化效果为目标的轻量化设计思路,为汽车结构件的轻量化设计提供理论基础。     

基于二元疲劳失效判据的非线性疲劳损伤累积模型及其强度退化研究

二元疲劳失效判据认为疲劳破坏是由损伤程度和当前作用应力这两个量共同决定的,由此观点出发定义了非线性损伤,并建立了与载荷状态有关的非线性损伤累积模型,推导了在多级加载下的递推公式。经两种金属材料的疲劳试验数据验证表明,用该模型预测疲劳寿命,其结果是令人满意的。从疲劳过程本质上是材料静强度不断退化的过程的观点出发,建立了基于二元疲劳失效判据的非线性强度退化模型,将模型应用于两级及多级载荷下的剩余寿命估算,结果表明,所提出的剩余强度退化模型是合理可行的。

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冲击载荷下泵车底架结构疲劳累积损伤试验研究

针对泵车底架长期处于高应力幅值的交变冲击载荷下,结构产生疲劳破坏从而引发泵车倾翻的安全问题,基于随机变幅载荷下结构疲劳累积损伤理论,提出了基于有限元分析与应力试验的结构设计,以及基于全工况随机载荷谱采集处理与疲劳累积损伤试验验证评估技术的精细耐久性设计验证方法,通过底架结构应力试验与疲劳试验进行试验验证.泵车底架结构可...     

两级载荷作用下的损伤累积规律及其试验验证

研究累积损伤规律的文献很多,但迄今为止,各种能反映加载顺序影响的累积损伤理论都认为试样在按由高到低顺序排列的多给载荷作用下疲劳破坏时必有累积损伤的结果。本文作者经过分析研究认为,这些理论只反映了问题的一个方面。本文根据金属系中显微结构稳定性原理,提出并论证了对于循环硬化材料,在高-低两级载荷作用下,当第一级高载荷作用次数较少时必然有累积损伤的结果,进而推出在按高-低顺序排列的多级载荷作用下也有累积损伤的情况。而对于循环软化材料则相反。并就循环硬化材料的光滑试样进行了高-低两级加载的试验难证。在试验的基础上对累积损伤的计算提出了一些设想。     

考虑小载荷强化的汽车构件疲劳累积损伤试验研究

给出了材料和结构在累积损伤的同时还具有强化作用的S—N曲线方程，并建立了程序载荷谱下产生损伤的同时还具有强化作用的疲劳累计损伤模型。为了检验所建立模型的正确性和准确性，以某汽车前梁和车架为例，设计了两种不同载荷组合，进行了两级循环载荷疲劳试验。试验结果和所建模型估算结果表明，该模型不但能够估算疲劳极限以下载荷的强化和损伤，还能估算疲劳极限以上载荷的强化和损伤。     

45钢非线性多轴疲劳累积损伤律研究

对45号中碳钢薄壁圆管试件进行了拉-扭复合双轴加载的多种比例及非比例路径下的常幅疲劳寿命试验以及多种组合两级变路径的多轴累积疲劳试验。应用所得试验数据对现有的常用疲劳损伤累积模型进行验证,基于Manson损伤曲线累积模型添加载荷路径变换因子,提出了一个适用于多轴非比例加载的非线性疲劳损伤累积模型,并对模型进行了验证,数据点基本控制在2倍误差带之内,得到令人满意的预测结果。     

结构元件疲劳可靠性分析的累积损伤模型

从Ｍｉｎｅｒ的损伤定义出发,讨论了临界损伤和瞬时累积损伤的特性。 临界损伤是一个随机变量,服从对数正态分布,累积损伤是一个随机过程,在任意时刻近似服从对数正态分布,由此给出了估计元件疲劳可靠度的表达式。两个算例结果表明,本文给出的模型是合理的,预测结果和试验结果吻合良好。     

焦炭塔的疲劳累积损伤及套合效应研究

基于Abaqus平台的二次开发,对典型工况下焦炭塔一个周期的瞬态温度场进行了数值模拟,对进油、进水阶段的径向、轴向温差进行了对比分析,并解释了周向、轴向热应力形成机理;在考虑焦炭与塔壁套合效应的基础上,对Mises应力最大节点进行了组合应力分析,发现焦炭塔在整个生产周期中几乎都处于比例加载状态;鉴于此,通过RainFlow循环计数法对非恒幅应力波形进行了划分,根据疲劳损伤的线性累积原则,计算出了角焊缝的理论寿命值;将有焦炭时的轴向、周向应力值与无焦炭时的进行了对比分析,发现焦炭对塔壁周向套合效应显著,应力增幅近50%;并对套合引起的周向应力进行了理论公式计算,得到了与有限元计算吻合的结果,表明了有限元计算的有效性。     

基于非线性累积损伤理论的起重机桁架臂K节点疲劳寿命研究

起重机桁架臂焊缝数量多、受力状况复杂,K节点的疲劳寿命采用线性Palmgren-Miner(PM)法则进行计算的精度较差。提出了基于虚拟样机技术的"实测+仿真+比对+统计"组合策略的载荷谱获取方法,可以极大幅度降低实测应力谱的工作量和成本。首次将Huffman非线性累积损伤理论应用于桁架臂K节点疲劳寿命分析,通过设定焊接构件不同的初始损伤,得到了使计算疲劳寿命趋于适度保守的初始损伤建议值。疲劳试验结果表明:此方法比PM法则计算精度更高,由于只需要循环应力-应变曲线和常幅应变寿命曲线等少量的材料性能数据,计算简单,工程应用价值较大。     

不规则载荷历程简化方法以及等效损伤模型的研究

本文提出了一个以局部应力一应变分析为基础的简化不规则载荷历程的方法,该法计及了加载顺序对累积损伤的影响,尤其是着重分析了载荷之间的相互作用导致的损伤加剧或减缓效应。此外,本文还对建立等效损伤模型——用程序加载条件下的光滑试样模拟缺口试样或实际零件在不规则载荷历程作用下的疲劳损伤问题进行了初步探讨。