基于临界面法的缺口件多轴疲劳寿命预测

基于多轴损伤临界面原理，根据多轴疲劳损伤和裂纹萌生与扩展的特点，在所建立的统一型多轴疲劳损伤模型的基础上，进一步推广应用到缺口件的多轴疲劳寿命预测中，经多轴疲劳试验验证表明，所建立的多轴疲劳损伤模型可以较好地预测比例与非比例加载下缺口件的多轴疲劳寿命。     

基于最弱环理论的缺口件概率疲劳寿命预测方法

基于最弱环理论和光滑试样疲劳寿命的Weibull分布,建立了一种缺口件概率疲劳寿命预测方法。该方法首先基于最弱环理论和光滑试样的疲劳强度分布,通过定义缺口件的Weibull有效应力,建立了缺口件在给定循环载荷下的疲劳失效概率计算公式。基于Weibull有效应力和光滑试样的疲劳应力-特征寿命方程,可计算得到给定循环载荷时缺口件的特征疲劳寿命,进一步根据光滑试样的Weibull疲劳寿命分布可最终获得缺口件在给定循环载荷下的疲劳寿命分布。采用上述方法对TC4缺口试样进行了概率疲劳寿命预测,并与局部应力应变法预测结果进行了对比。结果表明:局部应力应变法预测结果过于保守,本文方法预测精度较高,50%失效概率时的疲劳寿命预测结果与缺口试样试验均值寿命吻合很好,10%和90%失效概率时的疲劳寿命预测结果基本分布在试验均值寿命的两倍分散带之内。     

基于损伤力学-临界面法预估多轴疲劳寿命

基于损伤力学理论建立的非线性疲劳寿命预估模型在多轴疲劳寿命预估中获得了广泛的应用,但该模型并未考虑损伤面发生的位置及其物理意义,将其与临界面法相结合提出一种新的多轴非线性疲劳寿命预估模型,新模型能够弥补现有的非线性疲劳寿命预估模型未考虑临界面物理意义的不足。新模型从损伤的角度来预估多轴疲劳寿命,不仅考虑了临界面上裂纹形成及扩展的物理意义、相位差对附加强化现象的影响,而且对非对称加载下的平均应变进行修正。新模型仅仅利用单轴疲劳试验数据以及单轴疲劳材料常数就可以预估出试样的多轴疲劳寿命,从而避免了代价高昂的多轴疲劳试验。采用45钢、316不锈钢、钛合金TC4三种材料的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/非比例以及对称/非对称加载下的多轴疲劳寿命进行预估,预估结果与试验结果的误差都在5%以内,结果表明提出的多轴非线性疲劳寿命预估模型具有较高的预估精度。     

Probabilistic fatigue life prediction methodology for notched components based on simple smooth fatigue tests

The methodology of probabilistic fatigue life prediction for notched components based on smooth specimens is presented. Weakestlink theory incorporating Walker strain model has been utilized in this approach. The effects of stress ratio and stress gradient have been considered. Weibull distribution and median rank estimator are used to describe fatigue statistics. Fatigue tests under different stress ratios were conducted on smooth and notched specimens of titanium alloy TC11. The proposed procedures were checked against the test data of TC11 notched specimens. Prediction results of 50 % survival rate are all within a factor of two scatter band of the test results.     

多轴变幅载荷下基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法

提出一种多轴变幅载荷下基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法。首先,通过循环计数方法确定多轴变幅载荷历程的计数循环(反复);其次,通过材料的循环应力应变关系和Neuber法推导出虚拟等效应变与真实等效应力之间的关系,并且分别将拉伸型和剪切型Shang-Wang多轴疲劳损伤参数替换虚拟等效应变幅来求解临界面上的真实等效应力幅;然后,通过真实等效应力幅和Neuber法则计算临界面上真实的拉压和剪切等效应变幅,并运用Manson-Coffin方程分别计算缺口部件的拉压和剪切疲劳寿命;最后,选择拉压和剪切疲劳损伤值中的较大值作为每个计数反复的疲劳损伤,并采用Miner法则进行疲劳损伤累积。缺口件多轴疲劳试验结果表明,采用基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法具有较高的预测准确度。     

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。     

一种随机多轴疲劳的寿命预测方法

叙述一种多轴随机载荷的疲劳寿命预测方法，该方法首先由多轴随机载荷的权值平均最大剪应变平面确定临界平面，然后以临界平面上剪应变和正应变历史为研究对象，进行多轴载荷压缩处理和多轴循环计数，得到剪应变和正应变的循环计数结果，最后给出多轴疲劳寿命估算模型，并用多轴程序载荷实验验证。     

LIFE PREDICTION APPROACH FOR RANDOM MULTIAXIAL FATIGUE

According to the concept of critical plane, a life prediction approach for random multiaxial fatigue is presented. First, the critical plane under the multiaxial random loading is determined based on the concept of the weight-averaged maximum shear strain direction. Then the shear and normal strain histories on the determined critical plane are calculated and taken as the subject of multiaxial load simplifying and multiaxial cycle counting. Furthermore, a multiaxial fatigue life prediction model including the parameters resulted from multiaxial cycle counting is presented and applied to calculating the fatigue damage generated from each cycle. Finally, the cumulative damage is added up using Miner's linear rule, and the fatigue prediction life is given. The experiments under multiaxial loading blocks are used for the verification of the proposed method. The prediction has a good correction with the experimental results.     

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     

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。     

Fretting Fatigue Life Estimation of Al 7075-T6 Using Plain Fatigue Test

Fretting fatigue occurs in many engineering applications. Fretting fatigue life is estimated by experiment, which is tedious and requires special equipment and instrumentation. In this study, we attempt to introduce a method for estimation of fretting fatigue life from plain fatigue (normal fatigue without fretting) experiments. The method employs the critical distance theory for estimation of fretting fatigue life of Al7075-T6 under rotary bending loading. The approach uses the Fatemi-Socie parameter (FSP) as a multiaxial criterion to account for the stress multiaxiality on focus path. A comparison between the predictions of the new approach with the experimental results shows that the approach is quite accurate for low stress or high cycle fatigue regimes but for high stresses it is slightly conservative. This method considers only elastic behavior for materials and two characteristic diagrams that are obtained simply by testing two simple notched specimens under plain fatigue conditions. The method is therefore an applicable approach that can be used in the context of finite fretting fatigue life estimation with no need for fretting fatigue tests.     

基于塑性应变能的涡轮盘多轴疲劳寿命预测方法

在分析疲劳裂纹产生机理的基础上,将塑性应变能和临界平面结合起来,同时引入剪应变能比例因子,提出一种新的多轴损伤参量,通过试棒单轴低循环疲劳试验应力应变曲线得到总的塑性应变能,进而得到一种新的多轴疲劳寿命预测模型。通过对比分析,得到了最佳剪应变能比例因子。使用该模型、Chen-Xu-Huang(CXH)模型、Liu-Wang(LW)模型对某型发动机涡轮盘销钉孔低循环疲劳寿命进行预测,并与真盘试验结果进行对比。结果表明,该多轴疲劳寿命预测模型预测误差为20.5%,优于CXH和LW模型。     

Evaluation method of multiaxial low cycle fatigue life for cubic single crystal material

The coupling effect of normal stress and shear stress on orthotropic materials happens when applied loading deflects from the directions of the principal axes of the material coordinate system. By taking account of the coupling effects, formulas of equivalent stress and strain for cubic single crystal materials are cited. Using the equivalent strain and equivalent stress for such material and a variable k, which is introduced to express the effect of asymmetrical cyclic loading on fatigue life, a low cycle fatigue (LCF) life prediction model for such material in multiaxial stress starts is proposed. On the basis of the yield criterion and constitutive model of cubic single crystal materials, a subroutine to calculate the thermo elastic-plastic stress-strain of the material on an ANSYS platform was developed. The cyclic stress-strain of DD3 notched specimens under asymmetrical loading at 680°C was analyzed. Low cycle fatigue test data of the single crystal nickel-based superalloy are used to fit the different parameters of the power law with multiple linear regression analysis. The equivalent stress and strain for a cubic single crystal material as failure parameters have the largest correlation coefficient. A power law exists between k and the failure cycle. The model was validated with LCF test data of CMSX-2 and DD3 single crystal nickel-based superalloys. All the test data fall into the factor of 2.5 for CMSX-2 hollow cylinder specimens and 2.0 scatter band for DD3 notched specimens, respectively.     

基于剪切形式的多轴疲劳寿命预测模型

在多轴损伤临界面的基础上,结合多轴疲劳损伤和裂纹萌生与扩展的特点,提出了一种剪切形式的多轴疲劳损伤参量,该参量不含有材料常数,进而建立了一种新的多轴疲劳寿命预测模型,经多轴疲劳试验验证表明,所建立的寿命预测模型可同时适用于多轴比例与非比例循环加载。     

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。     

多轴比例加载下镍基合金GH4169试件的弹塑性有限元分析

对薄壁管进行多轴恒幅比例加载疲劳试验,并运用弹塑性有限元法对该加载条件下的薄壁管进行分析和计算,材料弹塑性特性由von Mises屈服准则和多线性随动硬化准则描述.结果表明,用有限元法计算的试件应力应变值与试验结果吻合.最后,用此方法对缺口件危险点处应力应变状态进行分析.     

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。     

汽车控制臂后衬套台架试验疲劳寿命分析

实现多轴工况下的橡胶部件的疲劳寿命预测具有重要意义,对橡胶衬套的台架疲劳试验寿命进行预测,研究和分析实现衬套多轴疲劳寿命预测的一些关键问题。进行衬套部件的台架疲劳试验,获得了部件的试验疲劳寿命。选定疲劳损伤模型,进行橡胶材料的疲劳寿命测试,拟合模型参数;使用有限元仿真和线性叠加法计算得到衬套在台架疲劳试验中的应力和应变响应;对衬套的台架试验疲劳寿命进行预测,分析损伤参数、载荷相位、线性叠加等因素对疲劳寿命的影响。结果表明,该文的材料疲劳试验方法和寿命预测方法能够较好地预测橡胶衬套台架疲劳寿命;对于台架试验工况,损伤参数对寿命影响不大,载荷的相位对寿命影响较大,线性叠加引起的误差不大。     

一种基于参数影响的数据驱动下的疲劳寿命预测方法

金属构件的主要失效方式是在循环载荷作用下的疲劳破坏,因此金属构件的疲劳寿命预测对于保证结构安全性和可靠性十分必要。能量法是一种既能用于低周疲劳寿命预测,也能用于高周疲劳寿命预测的方法,其以寻找有效的显式能量损伤参量为手段,结合适当的损伤积累方式进行寿命评估。针对材料疲劳寿命预测问题,提出一个基于能量法和人工神经网络算法的疲劳寿命预测方法。为了达到反映不同加载路径影响的目的,从转动惯量的角度引入两个路径相关参量。使用基于应变控制的九种材料的疲劳试验数据对提出的神经网络模型进行训练、测试。结果显示模型对训练数据和测试数据均有良好的预测精度,并可对单轴加载、多轴加载、高周疲劳和低周疲劳寿命进行有效预测,表明本模型在多轴疲劳寿命预测方面具有较广泛的适用性。     

多轴非比例载荷下低周疲劳寿命估算方法

综述近年来国内外非比例载荷下多轴低周疲劳研究的进展和现状。主要评述各种多轴疲劳寿命估算方法，其中临界面应变能密度法是较为有效的方法。并建议今后多轴低周疲劳课题的研究方向。