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。     

低周疲劳下45钢的寿命预测

选取带有V型缺口45钢试样,通过控制加载过程中的应变幅,研究缺口对试样疲劳寿命的影响.并应用低周疲劳寿命预测理论,提出了修正的Manson寿命预测模型,用来预测带有V型缺口中45钢的低周疲劳寿命.模型的预测结果和试验结果吻合很好.     

16Mn钢锐缺口疲劳裂纹萌生寿命研究

以16Mn钢为研究对象,通过带缺口试样的疲劳试验得到不同尺寸的缺口启裂时所对应的疲劳循环次数,回归得到16Mn钢的缺口启裂寿命估算公式。然后采用与真实焊缝咬边等尺寸的模拟试样,进行与实际结构等应力范围条件下的模拟疲劳试验,并结合通过应力-寿命法得到的结果进行分析比较。结果表明,试验寿命与根据估算公式计算得到的寿命非常接近,应力-寿命法得到的结果偏保守,从而为带锐缺口的在用压力容器疲劳寿命评估提供理论依据和试验数据。     

一种疲劳-蠕变交互作用寿命预测模型及试验验证

基于延性耗竭理论和损伤力学,对材料疲劳-蠕变交互作用下的延性消耗、损伤、循环周次和失效寿命之间的关系进行了分析,在此基础上,建立了一种疲劳-蠕变交互作用的寿命预测模型,模型形式简单,非常便于实际工程应用。通过1.25Cr0.5Mo钢光滑试样540℃和520℃环境下应力控制的梯形波加载试验,用该模型进行了失效寿命的预测,可以很好地解释相同温度和加载条件下的寿命波动,预测结果与实测结果符合较好。     

1.25Cr0.5Mo钢缺口试样高温疲劳蠕变交互作用的试验研究

通过对1.25Cr0.5Mo钢半圆和V型缺口试样520℃和540℃环境下应力控制的梯形波加载试验,对1.25Cr0.5Mo钢缺口试样高温环境下疲劳蠕变交互作用的规律进行了研究。研究表明:1.25Cr0.5Mo钢缺口试样在高温环境下对应力的敏感性不高;与光滑试样不同,缺口试样高温环境疲劳蠕变交互作用下的破坏机制以疲劳为主;缺口试样高温环境疲劳蠕变交互作用的断裂寿命主要应力、温度和缺口形状的影响。     

电镀铜薄膜疲劳性能与寿命预测

利用MMT-11N微机械疲劳试验系统对11.5 μm厚无基体支持的电镀铜薄膜试件的拉伸疲劳特性进行了试验研究。试件采用准LIGA工艺制作。试验在室温条件下进行,采用载荷控制、脉动循环加载,载荷频率为20 Hz,得到了铜薄膜光滑试件和缺口试件的S-N曲线,根据传统宏观疲劳理论确定了铜薄膜循环应力—应变曲线和应变—寿命曲线。利用修正局部应力—应变法对缺口试件的疲劳寿命进行了预测,预测寿命与试验寿命误差在3.2倍因子之内,预测结果较好地符合试验结果。试验表明,取半寿命周期的迟滞回线作为稳定迟滞回线在微机械疲劳中仍是可信的,局部应力—应变法亦可应用于微机电系统疲劳寿命预测,宏观疲劳理论在一定程度上也适合于描述微机械疲劳。     

复杂加载条件下压力容器典型用钢疲劳蠕变寿命预测方法

针对多轴应力状态,探讨压力容器典型用钢16MnR缺口试样的高温疲劳与循环蠕变交互作用行为,在延性耗竭理论和损伤力学基础上,建立一种半寿命平均位移速率寿命预测模型,采用该方法对不同缺口半径试样的高温疲劳寿命进行了较好的预测.针对多级加载条件,研究316L钢的循环变形行为,探讨疲劳蠕变与动态应变时效之间的耦合作用,在延性耗竭理论基础上,建立非线性损伤演化模型,考虑多级加载时的载荷历程效应,提出一种新的损伤累积准则,采用该方法对二级加载条件下的疲劳蠕变寿命进行了较好的预测.     

纤维缠绕复合材料管道双轴疲劳寿命预测研究

对纤维缠绕复合材料管道的双轴疲劳行为进行了实验与理论研究。根据多轴疲劳试验的要求,设计了一种新的纤维缠绕成型复合材料薄壁管型试样,通过对不同缠绕角度试样在不同双轴载荷比条件下的双轴疲劳实验,得出了玻璃纤维/环氧树脂薄壁管的应力/寿命曲线。参考金属材料的多轴疲劳失效准则,结合复合材料各向异性的特点,提出了复合材料多轴疲劳失效准则,对不同缠绕角复合材料管道在不同载荷条件下的疲劳寿命进行统一。结果表明:本文提出的失效准则可以把不同缠绕角复合材料在多种载荷条件下的多轴疲劳寿命统一起来,从而根据一个给定缠绕角度试样在某种试验条件下疲劳寿命来预测其它缠绕角度条件下的疲劳寿命,具有非常重要的理论研究价值和工程应用前景。     

缺口-尺寸效应下疲劳寿命预测：考虑应力梯度的临界距离理论

疲劳断裂是金属材料最普遍的失效模式之一,而由缺口特征引发的应力梯度效应更是工程部件抗疲劳设计的关键瓶颈问题。因此,发展高精度的缺口疲劳强度分析方法是保障工程结构服役完整性的关键。据此,提出耦合临界距离理论与Weibull分布的缺口件疲劳寿命预测模型,并综合考虑尺寸效应及应力梯度效应对临界距离的影响。研究表明,在给定疲劳寿命下,临界距离随应力梯度增大而减小,故提出基于相对应力梯度修正的临界距离模型,以合理量化尺寸效应对临界距离的影响。最后,基于镍基合金GH4169与铝合金Al 2024-T351的缺口疲劳试验数据进行模型验证与对比,结果表明新模型相较于传统临界距离理论预测精度显著提高。     

拉—拉变幅载荷下45钢缺口件疲劳寿命分布的预测及其验证

根据预测模型。采用旋转弯曲得到的带存活率的疲劳寿命表达式和Miner法则,对给定多级拉-拉变幅载荷谱下的正火45钢缺口件变幅载荷下疲劳寿命下疲劳寿命和累积疲劳损伤临界值的分布进行预测,并通过拉-拉变幅载荷疲劳试验进行了验证,结果表明：45钢缺口件在多级拉-拉变幅载荷下的疲劳寿命和累积疲劳损伤临界值的预测值与试验值均近似服从对数正态分布,且两者符合很好。因此,此预测模型可应用于恒、变幅疲劳加载方式不同的疲劳试验结果预测。     

含冲击凹坑缺陷的ZM6材料疲劳试验与寿命预估方法研究

制备了ZM6镁合金材料的光滑试样、缺口试样以及含冲击凹坑缺陷的试验件,并对这些试验件进行了疲劳试验测试,获得了含冲击缺陷时不同应力水平下试验件的疲劳寿命.基于连续损伤力学理论,在高周疲劳损伤演化模型的基础上,提出了一种新的多轴疲劳的损伤演化模型,用于描述凹坑局部材料的疲劳损伤.采用Abaqus软件对凹坑缺陷的形成过程进行模拟,得到了凹坑缺陷的几何形状和局部的残余应力应变场.通过Abaqus子程序Usdfld将材料本构和损伤演化进行耦合,从而实现含凹坑缺陷结构件疲劳寿命的计算.结果 显示,预测的中值寿命结果与试验中值寿命结果一致,误差在两倍误差带内,符合工程使用的要求.     

疲劳寿命预测的应力梯度效应研究

分析不同形式缺口试件根部的非均匀应力场分布,重点研究材料危险点周围应力梯度对构件缺口敏感性与尺寸效应的影响。通过FE—Fatigue疲劳分析软件,基于应力梯度修正方法对两组具有不同缺口形式试件的拉压疲劳寿命进行了预测分析。数值计算结果与试验数据的比较,说明采用应力梯度修正方法预测疲劳裂纹的形成寿命,其精度要高于传统的局部应力应变法,并能在一定程度上反映疲劳寿命预测中的尺寸效应。     

岸桥金属材料与焊接结构寿命预测

基于不同损伤理论,利用人工智能技术来预测岸桥金属结构疲劳寿命的智能算法已经成为岸桥领域新的热点。为提高寿命预测精度,分别利用神经网络算法和支持向量机算法进行仿真实验,估算在两级载荷下的疲劳寿命。根据前人给出的实验数据,分别运用基于遗传算法优化的神经网络和基于粒子群优化的支持向量机算法对正火35#钢和调质45#钢进行疲劳仿真,描述应力与累积损伤之间的非线性关系,以及应力加载顺序对疲劳寿命的影响;并对海洋平台中最为常见的焊接管接头结构进行疲劳参数的预测,以验证经过优化的智能算法的实用性。同时与优化过的BP神经网络和支持向量机预测结果进行比较,表明优化方法对于提高智能算法的预测精度有较大作用。     

低碳低合金钢的变幅疲劳寿命估算

分别用15MnVN钢旋转弯曲试样和经过锤击后的16Mn钢对焊接头，试验研究了带存活率的变幅疲劳寿命估算方法。结果表明，在同一应力水平下，所用试样的常幅疲劳寿命服从对数正态分布。本文首先给出了以当量应力幅表示的疲劳寿命表达式，以及带存活率的疲劳寿命表达式，并进一步给出了带存活率的变幅疲劳寿命估算方法和估算结果。最后通过变幅疲劳寿命试验结果进行了验证，表明本文的估算结果是精确的。     

PHM技术在航空结构疲劳寿命预测中的应用

飞机机体结构疲劳失效几乎都发生在紧固件孔的孔边位置,结构疲劳断裂会导致飞机出现灾难性的事故,PHM技术可用于预报疲劳故障何时可能发生,从而实现自助式保障,降低使用和保障费用。基于失效物理模型,建立连接件疲劳寿命的预测方法,方法首先求解含孔构件的应力严重系数和疲劳缺口系数,然后对应变-寿命曲线的弹性段进行了修正使局部应力应变法同时适用于高、低周疲劳寿命的预测。结果表明,建立的疲劳寿命预测方法的计算结果与疲劳试验结果相比误差小于17%,说明了方法的有效性。     

022Cr17Ni12Mo2不锈钢缺口试样的疲劳寿命预测

对022Cr17Ni12Mo2不锈钢光滑和缺口试样进行了拉伸试验及应力控制的低周疲劳试验,并采用Neuber律、Peterson方法和基于试验结果计算的疲劳缺口系数进行了疲劳寿命预测。结果表明:022Cr17Ni12Mo2不锈钢具有明显的缺口效应和良好的塑性,缺口效应在低应力水平下更为明显;在不同应力水平下不锈钢均表现出了循环硬化现象,且随着应力幅值的增加其循环硬化更为明显;Neuber律和Peterson方法得到的疲劳寿命预测结果均偏于保守,基于试验结果的疲劳寿命预测结果更准确。     

疲劳失效预测的研究现状和发展趋势

综述了国内外有关疲劳失效的判断、疲劳强度理论及其应用、疲劳失效预测方面的研究现状。分别对常用的理论和方法进行了介绍,指出了不同理论和方法的优缺点。重点介绍了疲劳裂纹形成的失效预测方法,按疲劳裂纹形成失效预测的基本假定和控制参数大致分为名义应力法、局部应力应变法、场强法和能量法等。根据断裂力学的相关理论所建立的疲劳裂纹扩展寿命的相关预测方法在寿命预测中具有越来越重要的地位,对疲劳失效预测进一步的发展方向进行了展望。     

1.25 Cr0.5Mo 钢高温疲劳蠕变交互作用的寿命预测

通过1.25Cr0.5Mo钢光滑试样540℃环境下应力控制的梯形波加载试验,对1.25Cr0.5Mo钢高温环境下疲劳蠕变交互作用的寿命预测进行了研究。研究表明:在本次试验的情况下,频率分离法、频率分离法的应变能修正法可以变形成一个统一的模型表达式。用此模型对1.25Cr0.5Mo钢540℃环境疲劳蠕变的交互作用进行了寿命预测,预测结果与实测结果符合较好。     

基于初始不连续状态预测LY12铝合金缺口结构件的疲劳寿命

对LY12铝合金缺口试样进行了疲劳试验,并根据此试验数据建立了计算初始不连续状态(IDS)的力学模型,得到了LY12铝合金的IDS值,用IDS值对含缺口结构件疲劳寿命进行了预测.结果表明:LY12铝合金的IDS值符合三参数威布尔分布;预测的疲劳寿命与试验结果吻合良好,从而为把基于断裂力学中裂纹扩展的损伤容限方法向传统疲劳研究领域延伸提供了依据.     

7075/2A12异种铝合金搅拌摩擦焊搭接接头疲劳寿命预测研究

对7075/2A12异种铝合金搅拌摩擦焊搭接接头进行了疲劳加载测试,并观察了疲劳断口特征。根据实际试件结构建立局部应力应变法和缺口应力法有限元模型,对焊缝区域进行应力应变分析;结合Soderberg修正方程对Manson-Coffin(MC)模型中应力部分进行修正,再根据有限元分析结果,使用局部应力应变法和缺口应力法对异种铝合金搅拌摩擦焊搭接接头进行疲劳寿命预测。试验结果表明,有效搭接厚度严重影响试件的疲劳寿命;位于受载7075前进侧的钩状缺陷比7075后退侧钩状缺陷对疲劳寿命的影响大。与试验结果相比,局部应力应变法中,2组试件最小板厚处疲劳寿命的预测结果都要比钩状缺陷根部处疲劳寿命的预测精度高。部分试件结合Soderberg方程修正的MC模型预测误差大部分都在2个因子之内,而Smith-Watson-Topper(SWT)模型和其他MC修正模型预测结果均在3个因子之内,Sachs修正的MC模型和Morrow修正的MC模型的预测结果相近;缺口应力法中,部分试件预测结果较好,误差在2个因子之内。