基于模糊理论的疲劳寿命估算方法

对疲劳寿命估算中存在的模糊现象,引入模糊理论中的隶属函数来描述疲劳极限附近的应力对构件造成损伤的模糊性,提出了应力模糊带的概念,并根据疲劳极限与应力模糊带边界的位置关系,将模糊带类型分为安全型、经济型和兼顾型.算例证明,将模糊理论应用于疲劳寿命分析中可以大大提高疲劳寿命估算的精确度.     

考虑载荷加载顺序的模糊Miner理论研究

针对传统Miner理论无法考虑载荷加载顺序的缺陷,应用模糊数学方法分析了不同载荷顺序下疲劳极限附近的应力对构件造成疲劳损伤的模糊性,使修正后的模糊Miner理论能够较好地反映出载荷加载顺序对疲劳寿命的影响。算例分析的结果表明,该方法使疲劳寿命的预测误差由原来的63％减小到14.7％,说明这一方法具有较好的预测精度和工程实用价值。     

模糊疲劳寿命均值及其隶属函数研究

疲劳寿命同时具有双重不确定性,随机不确定性和模糊不确定性。随机不确定性已进行了大量研究,而模糊不确定性目前还没有统一的结论。文中从研究疲劳寿命均值的模糊性入手,探讨疲劳寿命的模糊性。疲劳寿命均值是模糊疲劳寿命的函数,因此疲劳寿命均值也是模糊随机变量。基于MonteCarlo方法,利用计算机模拟大量试验数据,用模糊统计方法得出模糊疲劳寿命均值的隶属函数属正态分布形,计算模糊疲劳寿命均值的截集及模糊事件的概率。     

汽轮机转子抗疲劳的模糊可靠性理论分析

现场调查表明,汽轮机转子的损坏是由于转子与联轴器的联接部位在复合应力作用下的疲劳破坏所引起的,这里应用模糊数学原理推出了疲劳极限的隶属函数,根据模糊可靠性理论出了转子抗疲劳的模糊可靠度计算公式,建立了转子的模糊可靠性分析理论,并结合实例说明了转子模糊可靠度的计算方法。     

基于二维隶属函数的三参数能量法在疲劳寿命预测中的应用

低于疲劳极限的载荷对构件的损伤具有模糊性。在采用三参数幂函数能量法进行寿命预测的过程中,通过引入模糊数学中二维隶属函数,表征低于疲劳极限载荷与损伤之间的关系,综合考虑各级载荷对构件寿命的影响,得到一种新的寿命预测模型。该模型增加了选择隶属函数的过程,但提高了结果的精确度,与工程实际更吻合。通过算例验证了模型的可行性和精确性。与传统的Miner法相比,该模型在选取合适的隶属函数后精度提高了16.5%。     

基于模糊可靠性分析的桥式起重机运行机构寿命评估

起重机运行机构的应力和抗力在不同程度上都具有模糊性,都属于模糊变量。在起重机运行机构的可靠性分析中应用模糊数学理论,推导运行机构模糊随机算式和隶属函数,给出算例,求出该系统的平均寿命,为寿命预测提供了参考。     

疲劳寿命的模糊可靠度计算方法

分析了经典可靠性理论的不足，阐述了模糊可靠性理论的优点。针对机械零件疲劳失效的特点，建立了机械零件工作状态完好的隶属函数。对服从对数正态分布和威布尔分布的疲劳寿命的模糊可靠度计算进行了研究，推导了不同的隶属函数与分布密度函数组合时模糊可靠度的计算公式。给出了算例。     

模糊疲劳寿命预测理论的建立与验证

将模糊理论应用于疲劳寿命预测中去,建立了模糊疲劳寿命预测理论。实例分析表明：所建立的模糊疲劳寿命预测模型较好地克服了传统疲劳强度和寿命预测理论的不足之处,具有工程实用价值。     

汽轮机叶片材料的疲劳板限与疲劳寿命估算

研究了汽轮机叶片材料２Ｃｒ１３马氏休不锈钢在室温到４５０℃之间拉—拉或拉—压疲劳试验过程中平均应力与疲劳极限之间的关系。结果表明,平均应力与疲劳极限之间的关系与Ｇｅｒｂｅｒ关系式吻合。根据室温疲劳极限值导出等效理论疲劳极限与应力疲劳寿命估算公式,并通过引入频率因子对疲劳寿命公式进行修正,推出２Ｃｒ１３钢在不同频率条件下的应力疲劳寿命公式,并进行了试验验证。     

汽轮机叶片材料的疲劳板取与疲劳寿命估算

研究了汽轮机叶片材料２Ｃｒ１３马氏休不锈钢在室温到４５０℃之间拉－拉或拉－压疲劳试验过程中平均应力与疲劳极限之间的关系,结果表明,平均应力与疲劳极限之间的关系与Ｇｅｒｂｅｒ关系式吻合。根据室温疲劳极限值导等效理论疲劳极限与应力疲劳寿命估算公式,并通过引入频率因子对疲劳寿命公式进行修正,推出２Ｃｒ１３钢在不同频率条件下的应力疲劳寿命公式,并进行了试验验证。     

Fretting fatigue life estimations based on fretting mechanisms

Generally the fretting fatigue S-N curve has two regions: one is the high cycle (low stress) region and the second is the low cycle (high stress) region. In a previous paper we introduced the fretting fatigue life estimation methods in high cycle region by considering the wear process; with this estimation method the fretting fatigue limit can be estimated to be the crack initiation limit at the contact edge. In this paper we estimate the low cycle fretting fatigue life based on a new critical distance theory, modified for a high stress region using ultimate tensile strength σ_B and fracture toughness K_IC. The critical distance for estimating low cycle fretting fatigue strength was calculated by interpolation of the critical distance on the fretting fatigue limit (estimated from σ_w0 and ΔK_th) with critical distance on static strength (estimated from σ_B and K_IC). By unifying this low cycle fretting fatigue life estimation method with the high cycle fretting fatigue life estimation method, which was presented in the previous paper, we can estimate the total fretting life easily. And to confirm the availability of this estimation method we perform the fretting fatigue test using Ni-Mo-V steel.     

基于广义模糊随机强度的模糊可靠性计算理论

同时考虑广义应力和广义强度的模糊性和随机性,在对影响模糊数大小的两个最主要的特征因素进行分析的基础上,建立了用广义模糊随机强度表示模糊失效准则时模糊安全状态隶属函数的计算理论,提出结构模糊可靠度的计算方法,用算例验证了其有效性与合理性。提出的确定模糊安全状态隶属函数的方法,充分利用了模糊数所包含的信息,计算结果合理。     

基于模糊失效准则的机械结构广义静强度的模糊可靠性计算理论

结构的常规可靠性分析是基于要概率论的。然而,在结构可靠性分析中模糊性是固有的。其主要表现在不仅影响结构可靠性的一些基本变量存在模糊性,而且结构的“安全（安全）”与“失效”之间往往秒存在清晰的界限。为此,在介绍了结构可靠性的基本概念之后,分析了影响结构可靠性的不完善性和模糊性因素,提出了结构模糊可靠性计算的统一模型,定义了模糊安全状态的三种不同形式,建立了以状态变量表示模糊安全状态时的广义静强度模糊     

BGA结构无铅微焊点的低周疲劳行为研究

基于塑性应变能密度概念提出微焊点低周疲劳裂纹萌生、扩展和寿命预测模型,阐明其与连续介质损伤力学的联系,评估应力三轴度对预测模型的影响,并通过试验和数值计算相结合的方法确定出微米尺度球栅阵列(Ball grid array,BGA)结构单颗Sn3.0Ag0.5Cu无铅焊点(高度为500～100 μm,焊盘直径为480 μm)疲劳裂纹萌生和扩展模型中的相关常数。研究结果表明,疲劳裂纹萌生和扩展循环数与每个循环所产生的塑性应变能密度均呈幂函数关系;应力三轴度会影响疲劳裂纹扩展速率,并最终影响焊点的疲劳寿命;应力三轴度与加载方式有关,拉伸载荷下焊点的应力应变行为受异种材料界面和封装结构力学约束作用的影响,应力三轴度随焊点高度降低而明显升高;而剪切载荷作用下焊点中的力学约束十分有限,焊点高度变化对应力三轴度的影响非常小;测得的高度为100 μm焊点的疲劳裂纹扩展相关常数可以很好地用于预测其他不同高度焊点的疲劳寿命,表明所提出的预测模型可以有效地减小由几何结构和体积变化造成的塑性应变能集中现象对焊点疲劳寿命的影响。     

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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S135钻杆钢的单轴疲劳性能对比

通过疲劳试验测定了S135钻杆钢在单轴对称拉-压和扭-转加载条件下的疲劳寿命,应用回归分析方法得到了单轴疲劳寿命的定量公式,并对疲劳断裂的机制进行了分析。结果表明:在双对数坐标中,疲劳寿命与有效应力幅呈良好的直线关系;扭-转疲劳极限与拉压疲劳极限之比为0.682;拉-压加载和扭-转加载下的裂纹均萌生于试样表面;拉-压疲劳试样的裂纹扩展以疲劳条带为主要特征;扭-转疲劳试样的裂纹扩展以剪切型涟波花样为主要特征。     

Fretting fatigue life prediction using the extended finite element method

In this work, an efficient procedure to predict fatigue lives in fretting fatigue problems is presented. This is accomplished by means of a combined initiation-propagation approach in which the extended finite element method (X-FEM) is used. The procedure is verified by modelling several fretting fatigue tests available in the literature. The application of the X-FEM enables to numerically evaluate the stress intensity factors (SIFs) for cracks of different lengths emanating at the end of the contact zone and to estimate the propagation life corresponding to each of the tests. This propagation life is combined with the initiation life calculated using a multiaxial fatigue criterion (Fatemi-Socie). The predicted lives are then compared with the reported experimental lives, showing that the consideration of the crack-contact interaction through the numerical models tends to improve the life estimation when compared with a fully analytical approach. The procedure can be applied to more general fretting problems for which analytical solutions are not available.     

基于应力场强法的缺口构件场强值算法

工程上缺口构件疲劳寿命预测是结构设计过程中不可缺少的内容,基于这一现状通过修正后的场强法来更为有效地解决此类问题非常重要。针对传统应力场强法存在的问题,在考虑其原始假设的基础上,提出一种可以在不同结构尺寸及载荷环境下计算缺口构件场强值的方法。相比于原场强法中疲劳破坏区内各点对峰值点疲劳破坏的贡献作用,新方法认为破坏区内各点对峰值处的疲劳破坏具有“阻碍作用”,并将其做了定量分析。新方法还对模型所用参数、权函数的作用形式以及疲劳破坏区的界定准则做了适当修正,弱化了场径取值对场强求解的影响,克服了传统场强法中场径定义的难题,使场强值具有了一个客观存在的精确解。另外,综合考虑缺口形貌及其附近应力的分布特征,优化了原场强法的积分形式,大大简化了场强值的求解过程。最后还应用修正后的场强法对缺口试样疲劳数据进行了计算,分析结果表明,新模型的寿命预测误差系数可保持在0.24以内,充分满足工程需求。提出的修正模型能保持高预测精度,计算过程很简洁,有很高的推广价值。     

某型飞机机翼Ⅱ梁框疲劳寿命研究

某型飞机机翼Ⅱ梁框是重要的受力部件,必须准确估计疲劳寿命,以预防疲劳事故的发生。采用名义应力法和局部应变法两种方法及Miner累积损伤理论估计疲劳裂纹形成寿命;在随机载荷谱转化为等幅载荷谱的基础上通过Walker方程求得疲劳裂纹扩展寿命,从而估算出某型飞机机翼Ⅱ梁框的疲劳寿命。估算结果与试验结果吻合很好。