疲劳短裂纹损伤参量研究

用Monte Carlo方法建立了疲劳短裂纹演化过程的物理模型,实现了材料疲劳损伤微观物理过程。在此基础上对模拟结果进行了分析,探讨了表征材料损伤的疲劳损伤参数,提出一定面积上的裂纹总长度可以作为材料损伤的疲劳损伤参数。并拟合出裂纹总长度与材料相对寿命之间的关系及曲线,用于材料的疲劳寿命预测。     

基于损伤力学模型的概率疲劳寿命预测方法

基于金属结构危险点复杂应力状态下的疲劳损伤演化模型,利用材料的p-S~N曲线等对其部分损伤参数和材料参数进行概率化处理,提出了一种通过随机抽样计算危险点概率裂纹形成寿命的方法,讨论了损伤演化模型参数的基本概率特性以及相关性概念,采用拉丁超立方抽样方法实现了概率损伤参数的随机抽样,由此进行不同采样点的疲劳损伤累积,继而得到危险点的疲劳裂纹形成寿命。将损伤演化模型以UMAT子程序的形式嵌入ABAQUS软件系统中,给定结构模型及疲劳加载历程,即可用于复杂结构的疲劳寿命分析。结合铝合金2024-T3直耳片的疲劳试验,对其危险点的疲劳损伤及裂纹形成寿命概率分布进行了数值计算,初步表明了新算法模型的合理性。     

厚壁钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命预测

为获得厚壁钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命,对多组厚壁钢桥墩进行数值模拟分析。采用钢材的混合强化模型预测厚壁钢桥墩在三种不同往复荷载作用下的滞回性能,并分别使用Ge模型中的局部损伤法与非局部损伤法得到不同网格尺寸下的钢桥墩超低周疲劳裂纹萌生寿命,然后使用Ge模型对厚壁钢桥墩的疲劳裂纹萌生寿命影响因素(翼缘宽厚比、试件通用长细比等)进行参数化分析。研究结果表明:混合强化模型能准确预测厚壁钢桥墩的滞回性能;Ge模型中的非局部损伤法能准确预测厚壁钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命。最后基于裂纹萌生寿命的参数化分析结果,提出了预测钢桥墩超低周疲劳裂纹萌生寿命的经验公式。     

航空铝合金弹塑性短疲劳裂纹扩展表征分析

铝合金短裂纹扩展行为与长裂纹扩展行为差别很大,而在铝合金结构中短裂纹阶段占据构件疲劳寿命的90%以上。通过对线弹性裂纹扩展模型进行修正,得到了改进后的弹塑性短裂纹模型,并利用LY12CZ铝合金材料进行验证性实验。结果表明:改进后的模型能够统一表征弹塑性短裂纹和线弹性长裂纹的扩展行为。这拓展了裂纹扩展行为的预测范围,对于铝合金构件的寿命预测和损伤容限评估具有重要的参考价值。     

基于有限元的波纹钢腹板组合箱梁疲劳损伤分析

针对波纹钢腹板组合箱梁（以下简称箱梁）的抗弯性能进行有限元分析,分析箱梁的静力位移、应力和应变结果,建立箱梁破坏损伤机理并得到应力薄弱点。同时,根据有限元分析结果,进行箱梁局部应力应变分析,得到箱梁不同水平下的疲劳寿命。最后,结合疲劳损伤和疲劳断裂理论进行箱梁的疲劳裂纹扩展行为及破坏过程和寿命预测研究,分析了正弦波疲劳荷载作用下箱梁中的钢腹板、PBL剪力连接件以及钢板翼缘等部件的疲劳裂纹萌生及寿命预测结果与试验结果吻合较好。研究表明：根据美国规范AASHTO2004中C类标准进行工程设计和疲劳寿命估算与试验符合较好,同时采用Palmgren-Miner线性累积损伤疲劳准则能有效地计算变幅疲劳载荷下箱梁的疲劳损伤及断裂破坏过程,为实际工程中箱梁疲劳性能设计提供参考。     

基于TRIZ理论的马铃薯联合收获机机架设计与分析

某大型马铃薯收获机的机架强度不足、焊接点易于断裂.为提高机架可靠性,基于TRIZ理论对机架进行改进设计.首先,针对收获机工作时所存在的机架焊接点断裂问题进行了总结,利用TRIZ理论中的“冲突解决原理”对机架前段的方管连接薄弱部分进行了改进升级;其次,运用ANSYS18.0软件对机架进行了强度分析;最后,在强度分析的基础上,对改进前后的机架进行了疲劳分析.结果表明：改进后的机架设计合理,疲劳寿命为1×10⁶次,最小安全系数大于1,能满足机架的疲劳要求.该研究结果对大型块茎类收获机机架的改进设计提供了参考.     

蒙特卡罗法和一次二阶矩法在压力容器疲劳分析中的应用

通过分析影响裂纹扩展寿命的多个随机因素,使用疲劳寿命模型,讨论了裂纹尺寸的计算方法。考虑压力容器所承受载荷、材料断裂韧性、裂纹尺寸等参数,使用一次二阶矩方法和Monte Carlo法计算,得出了在一定可靠度下的疲劳裂纹扩展寿命,并计算了在一定使用寿命时结构的失效概率。比较了不同初始裂纹尺寸对疲劳寿命的影响。算例表明,它在疲劳寿命的可靠性估计中的应用及其工程意义。为工程界进行含裂纹结构的概率损伤容限评估提供一定的理论依据。     

岸桥金属结构裂纹扩展及疲劳寿命研究

通过抗疲劳设计的容积损伤设计理论,定量计入初始裂纹缺陷对疲劳寿命的影响,以裂纹的尺寸大小和裂纹扩展速率作为结构损伤大小的判据,来判定结构疲劳寿命和巡检周期.以岸边集装箱起重机（岸桥）金属结构为研究对象,进行具有初始裂纹的结构疲劳寿命分析,为机械设备的安全使用提供理论依据.     

深潜耐压壳钛合金材料低周疲劳预测方法

传统的深潜耐压壳低周疲劳分析方法无法同时准确预测疲劳裂纹的萌生寿命和扩展寿命,本文依据连续损伤力学理论,采用实验与数值结合的方法,针对现有疲劳损伤模型的局限性,提出了能够考虑微裂纹闭合效应的疲劳损伤累积模型,给出了钛合金材料低周疲劳分析方法。通过数值模拟Ti80钛合金损伤演化过程,并将本文提出模型和Lemaitre疲劳模型的预测结果分别与实验值进行对比,结果表明：本文提出模型的平均误差为5.24%,比Lemaitre疲劳模型预测效果更好,说明该模型能更准确地模拟Ti80合金材料的低周疲劳行为。     

橡胶球铰疲劳裂纹扩展寿命预测

通过橡胶纯剪试样疲劳裂纹扩展试验,得出了裂纹扩展速率与撕裂能之间的关系;以单位撕裂能范围为损伤参量,建立了复杂应力状态下的橡胶疲劳裂纹扩展寿命预测模型.基于ABAQUS有限元结构分析和橡胶材料等效应力计算方法,得出橡胶球铰在疲劳载荷下的单位撕裂能范围;对橡胶球铰的疲劳裂纹扩展寿命进行分析预测,并通过产品台架疲劳实验进行验证,结果表明橡胶球铰经过200万次疲劳试验后无明显裂纹,没有发现失效破坏,与寿命预测值基本吻合.     

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.     

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.     

基于实际应力谱的摩托车车架寿命估计

对摩托车在室外进行应变谱采集,得出车架的应力分布。利用n-Soft软件对样本数据进行计数,并进行里程外推。运用Matlab编程将数据转换为等幅值应力,结合修正Miner理论进行疲劳累积损伤计算,得到测试点的疲劳寿命值,为摩托车车架改进设计和优化提供依据。     

ZK6型转向架侧架疲劳寿命分析

将多体动力学和有限元法相结合,采用有限元法和多体动力学对转向架侧架疲劳寿命进行分析．以我国某型铁道货车为例,在多体动力学软件SIMPACK中建立整车模型,提取其转向架侧架的时间一载荷历程,然后利用有限元软件ANSYS获得结构的动应力响应因子．最后,基于动栽荷历程和Palmigren-Miner线性损伤理论,利用n-soft软件进行疲劳寿命分析．     

钢砼组合结构PBH剪力键的疲劳性能

为了研究钢箱-砼组合结构中PBH剪力键在反复荷载作用下的疲劳性能,设计制作了PBH剪力键试验模型,进行了24万次疲劳推出试验。在疲劳破坏形态和试验滑移及应变数据分析的基础上,利用数值工具开展肋板开孔孔径、穿入钢筋直径、混凝土强度3个参数的PBH剪力键疲劳寿命影响因素分析。研究表明：PBH剪力键的疲劳破坏形态与静载破坏相似,表观表现为混凝土面多处斜向劈裂裂缝、内部榫孔混凝土压碎、穿入钢筋局部屈服;疲劳破坏演化过程分为疲劳损伤开始、发展、破坏3个阶段,其中疲劳发展阶段占整个疲劳阶段的91.7%,结构刚度在疲劳损伤开始和发展阶段退化较慢,在疲劳破坏阶段退化较快;肋板开孔孔径、穿入钢筋直径、混凝土强度3个参数对PBH剪力键疲劳寿命影响均有明显影响,其中穿入钢筋直径对疲劳寿命的影响尤为突出。     

Fatigue life prediction of crankshaft repaired by twin arc spraying

This paper used Baumel Jr. and Seeger's approach estimating fatigue parameters of 48MnV with 3Cr13coatings. The fatigue life of the crankshaft of a six-cylinder engine, repaired by twin arc spraying 3cr13 deposits, is respectively calculated using different damage model such as S-N method, normal strain approaches, SWT-Bannantine approaches, shear strain approaches, and fatemi-Socie method based on dynamical simulation and FE analysis of crankshaft. The results indicate that the traditional calculation is conservative and that the life of crankshaft repaired by arc spraying is sufficient.     

A subregional model for delamination prediction of rubber composite under fatigue loading

Results from fatigue experiments of cross-laminated steel cord-rubber composites (SCRC) indicate that fatigue damage life can be categorized into three regimes. In terms of fatigue modes, a subregional fatigue model is developed to describe the damages evolution of SCRC under fatigue loads. Firstly, finite element analysis is introduced to determine interply stress distribution of the specimen. Then, based on the experimental fatigue data, subregional models are introduced to simulate relations between maximum strain, effective stiffness,delamination shear stress and fatigue cycles. Relations between crack density, delamination length growth rate,macro crack density and cycles are modeled by two semi-empirical models. A reasonable prediction result was achieved by the current model, where model parameters can be determined by basic outputs of fatigue testing.     

Fatigue life prediction of crankshaft repaired by twin arc spraying

This paper used Baumel Jr. and Seeger’s approach estimating fatigue parameters of 48MnV with 3Cr13 coatings. The fatigue life of the crankshaft of a six-cylinder engine, repaired by twin arc spraying 3cr13 deposits, is respectively calculated using different damage model such as S-N method, normal strain approaches, SWT-Bannantine approaches, shear strain approaches, and fatemi-Socie method based on dynamical simulation and FE analysis of crankshaft. The results indicate that the traditional calculation is conservative and that the life of crankshaft repaired by arc spraying is sufficient. Foundation item: Project (50235030) supported by National Natural Science Foundation of China     

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．