考虑应变路径的多轴低周疲劳寿命预测模型

通过分析材料在多轴非比例加载下产生附加强化的机理,该文以拉扭薄壁管试件为研究对象,分析了临界平面上的应变状态,并在此基础上以塑性应变能为控制参数定义表征多轴低周疲劳寿命对应变路径依赖性的非比例度。基于多轴疲劳临界损伤面原理,应用von-Mises 准则和本文定义的应变路径非比例度参数建立起能反映应变路径对非比例附加强化影响的多轴低周疲劳寿命预测模型。利用该模型预测08X18H10T 不锈钢、Ti-6Al-4V合金、S460N 钢和2.25Cr-1Mo 钢这4 种材料的多轴疲劳寿命,并与试验值进行比较。结果表明：该模型的预测结果与试验结果吻合良好,能同时适用于比例与非比例加载,预测精度较高,便于工程应用。     

一种基于临界平面法的多轴疲劳寿命预测模型

在多轴交变应力作用下,由于非比例循环附加强化效应导致疲劳寿命降低。针对这一问题,以薄壁圆管疲劳试件为研究对象,在分析临界平面上剪应变和正应变随相位角变化特征的基础上,引入了一个新的有效循环变量———临界平面上的等效应力,提出了一种新的多轴疲劳预测模型。新的损伤参量不含经验常数,便于工程实际的运用。通过和铝合金7075-T651多轴疲劳实验数据比较,结果表明,所提出的多轴寿命预测模型具有更好的预测精度,适用于比例与非比例加载条件。     

一种新的多轴高周疲劳模型

将疲劳强度以上加载等效为塑性应变,建立了塑性应变与加载应力呈线性关系的表达式,由此得到循环加载的塑性应变能。该塑性应变能使材料微观组织结构发生不可逆变化而引起等效宏观应力。假定该应力符合一种特定的分布函数,导出其最大应力与外加应力叠加达到材料本征断裂应力时的裂纹成核寿命,从而并由微裂纹引起上述两部分应力变化,得到继续加载直至宏观裂纹出现的疲劳寿命。所建立的多轴疲劳寿命公式由3个材料参数表达,并通过单轴疲劳试验数据确定。初步研究表明：该模型对所引用的多轴疲劳试验数据有很好的预测能力。     

基于局部应变能密度法的缺口多轴疲劳寿命评估

本文提出了包括实验和数值工作在内的综合分析,阐明了缺口行为对比例多轴疲劳寿命的影响。方法对45钢和45QT钢进行了考虑缺口半径和开口角的多轴疲劳试验,基于平均应变能量密度理论的多轴疲劳分析的分析和计算框架进行了研究,以处理能量梯度。结果显示,大量新的疲劳数据首先通过法向应力和剪应力进行汇总,然后通过凹口尖端周围受控体积中的局部应变能密度重新分析。结论缺口角度对比例载荷下多轴疲劳数据的影响较小,而缺口半径是影响疲劳寿命的主要因素。     

一个新的低周疲劳失效准则

利用修正的塑怀循环应变能记响应数学模型，给出了一个新的低周疲劳失效准则，由此得出了低周疲劳寿命的估算公式，并且采用低周疲劳试验验证该失效准则的合理性和有效性。     

低周疲劳试验寿命预测模型分析及其对断口硬度影响

为能够对材料的疲劳失效有更加科学的预测,采用Instron 8803液压伺服疲劳机对45#钢在±0.5%,±1.0%,±1.2%,±1.5%,±2.0%5个应变幅值下进行低周疲劳试验,对疲劳试验数据进行分析,并对寿命预测模型进行验证评测,发现三参数幂函数能量法具有更加广泛的适用性;使用Hitachi S-3400N扫描电镜观察比较不同应变幅下疲劳断口微观形貌,分析裂纹源形成原因及扩展趋势;用Matsuzawa显微硬度计测量疲劳断口截面径向及轴向硬度值变化,以评测循环加载对疲劳特征区强化程度的差异,发现断口径向硬度值沿近中心位置至边缘呈波动递增趋势,而轴向硬度值随与断口的距离增大变化不大,且经过疲劳强化后,断口径向截面平均硬度明显高于原始状态。     

汽轮机转子低周疲劳寿命的预测

[j商要】本文汲取了Lemaire的非线形低周疲劳连续损伤累积理论,引进三轴度因子,建立了汽轮机转子低周疲劳损耗计算模型,通过对比分析,表明多轴损伤累积模型,较准确的反映了转子低轴疲劳寿命损伤过程,考虑到了多轴应力状态对低周疲劳寿命的影响。     

考虑平均应变的低周疲劳寿命本征损伤耗散预测方法

金属构件疲劳破坏是工业中常见的破坏形式。为了提高构件疲劳寿命的预测精度,针对低周疲劳载荷下平均应变对疲劳寿命的影响,基于连续介质损伤力学及其不可逆热力学框架,并引入Ramberg-Osgood循环本构模型,以等本征损伤耗散功作为等寿命条件,建立了一种考虑平均应变的低周疲劳寿命预测模型。为对比验证新建模型的有效性和先进性,采用新建模型、修正的Ohji模型、Sandor模型和Wei-Wong模型分别对叠加平均应变的45钢和2124-T851铝合金的低周疲劳寿命进行了预测,并与对应的试验结果进行对比。结果表明：新建模型的预测结果与试验结果吻合较好,其预测效果优于现有模型。基于本征损伤耗散理论的疲劳寿命预测方法为金属材料疲劳寿命的预测提供了新思路。     

多轴载荷下缺口件的疲劳寿命估算方法

提出了一种多轴载荷下缺口件的疲劳寿命估算方法。该方法基于临界平面理论,计算出缺口件各部位的多轴疲劳损伤参数,以损伤参数最大的部位为缺口件的多轴疲劳危险点。根据临界距离思想,提出了热点法和线法的临界距离的计算方法,采用热点法和线法考虑缺口件疲劳危险点附近损伤梯度的影响,以临界距离修正的损伤参数计算多轴载荷下缺口件的疲劳寿命。采用SAE1045钢缺口件的多轴疲劳试验对该文提出的寿命估算方法进行评估和验证,结果表明：该文所建立的寿命预测方法具有较好的预测能力,预测结果大部分分布在试验结果的3倍分散带之内。     

考虑棘轮效应的疲劳寿命预测方法

多轴棘轮加载时轴向加载的恒定应力、剪切应变幅对轴向棘轮应变和疲劳寿命有很大的影响.考虑棘轮效应影响的Coffin模型将棘轮效应与循环部分相结合来计算疲劳寿命,预测结果较好,绝大部分预测结果分布在2倍分散带内.     

A FATIGUE LIFE PREDICTION METHOD BASED ON A MESOSCOPIC APPROACH IN CONSTANT AMPLITUDE MULTIAXIAL LOADING

The aim of this paper is to present a high cycle multiaxial fatigue life prediction method for metallic materials based on Papadopoulos' previous works and limited to constant amplitude loading. The initiation process of a crack is treated as a mesoscopic phenomenon taking place on a scale of the order of a grain or a few grains. The damage variable chosen is the accumulated plastic strain at this mesoscopic scale. Its estimation requires a macro-meso passage and the location of the plane subjected to maximum damage. Initiation is achieved as soon as a critical value of the accumulated plastic mesostrain is reached in these grains, so-orientated that their easy glide directions coincide with a particular direction of the critical plane. The detrimental effect of out-of-phase loading on damage accumulation is taken into account through a newly defined coefficient estimated from mechanical loading parameters; no adjustable parameter is required. A good agreement has been found between the predicted and experimental results for in-phase and out-of-phase sinusoidal constant amplitude loadings by examining a large amount of experimental data.     

基于材料低周疲劳的裂纹扩展预测模型

该文基于疲劳裂纹尖端循环应力-应变场, 定义了基于应变幅的平均单位循环损伤参量D, 并引入Miner累积损伤率, 从而从理论上建立起材料低周疲劳性能和疲劳裂纹扩展行为之间的联系。以裂尖扩展方向上的单调塑性区尺寸作为疲劳过程区大小, 并提出了基于弹塑性应变疲劳累积损伤的疲劳裂纹扩展预测模型。模型改进了前人提出的疲劳裂纹扩展预测模型, 考虑了单调塑性区内所有材料的弹塑性应变疲劳损伤贡献;模型中参数均有物理意义, 不需要人为调试。基于完成的Cr2Ni2MoV 材料的低周疲劳结果所建立的该文新模型对该材料裂纹扩展速率的预测结果与实验结果有良好一致性。并且, 借助手册数据, 在TC4钛合金材料上进一步得到了验证。     

一个新的接触疲劳寿命预测模型的研究

本文给出了一个新的针对应力控制接触疲劳问题的寿命预测模型。在该模型中，选用Ｍｉｓｅｓ等效应力作为接触疲劳应力控制参量；引进了非零的接触疲劳应力强度值，根据损伤力学理论，分析了接触疲劳应力强度值与基体材料性质，第二相夹杂之间的关系，同时考虑了表面起裂和亚表面起裂两种失效形式，并将对这两种失效形式的寿命预测统一到一个公式中，引进一个与油膜系数Λ有关的系数ｆ（Λ），来表征润滑程度对接触疲劳寿命的影响。应用该模型来预测一些实验的接触疲劳寿命，计算值与实测值吻合很好。     

基于随机振动理论的焊接结构疲劳寿命概率预测方法研究

为了能够在设计阶段对承受随机载荷作用的焊接结构的焊缝进行疲劳寿命预测,该文以随机振动理论为基础,结合主S-N曲线法,通过推导证明了用于焊接结构疲劳寿命评估的等效结构应力与激励载荷之间存在线性传递关系,从而提出了一个频域的焊接结构随机振动疲劳寿命概率预测新方法。该方法能够解决多随机载荷作用下复杂焊接结构振动疲劳寿命预测问题。通过T型接头的算例对比分析,证明了该方法能够考虑激励载荷的频率对焊缝疲劳寿命的影响。直接以线路实测随机加速度谱做为激励载荷,对某轨道集装箱平车车体结构关键焊缝的振动疲劳寿命进行预测,结果表明:该方法的预测结果与实际情况吻合,便于工程应用。     

AN ANALYSIS OF LOW CYCLE FATIGUE BASED ON HYSTERESIS ENERGY

Abstract— Cyclic deformation behaviour of medium carbon steel, armco iron and copper has been investigated. A model based on the energy absorbed for the fracture process at the crack tip, given in the form (Δw*_p)^y where Δw*_p is the hysteresis energy at the crack front and the exponent y decides the energy spent for the fracture process, is proposed for the crack growth in low cycle fatigue. The value of the exponent y has been found to be around 0·26 to 0·28 for medium carbon steel and armco iron and around 0·52 for copper. These values of y give good prediction of the relations between the total fracture energy and the stress amplitude and the total fracture energy versus the fatigue life. The energy based approach has been extended to predict the cumulative damage in a single step stress variation. Good correlation has been obtained between the experimental data and the theoretical prediction.     

建筑结构钢超低周疲劳断裂破坏的损伤预测模型

针对地震作用下建筑结构钢的超低周疲劳断裂问题,在单调加载损伤模型的基础上,提出了一种适用于超低周循环加载情况下的损伤预测模型,并借助ABAQUS软件的用户自定义材料子程序模块,将建立的损伤预测模型引入到有限元分析程序中。然后分别依据建筑钢结构母材、热影响区和焊缝金属缺口试样的单调加载和超低周循环加载试验,标定了材料的损伤模型参数,并对比分析了缺口圆棒试样在不同加载方式下的损伤演化规律,损伤分析结果表明缺口圆棒试样的裂纹都产生于试样截面中心处,这与试验结果一致。最后,以钢框架梁柱焊接节点为研究对象,应用损伤模型分析了节点危险部位的损伤演化规律,数值模拟了节点的超低周疲劳断裂破坏过程,最终得到节点的疲劳寿命与试验结果吻合良好。     

在多轴载荷下45钢的循环特性

通过多轴疲劳试验,研究了在多轴加载条件下45钢的循环特性变化规律,分析了非比例附加强化、多轴循环软化/硬化特性及疲劳寿命对加载路径参数的依赖性,结果表明,相位角主要影响非比例附加强化程度,幅值比主要影响多轴循环软化/硬化特性,二者都影响多轴疲劳寿命。     

A fatigue criterion for general multiaxial loading

An incremental fatigue damage model is proposed. The model incorporates the critical plane concept in multiaxial fatigue, plastic strain energy and material memory in cyclic plasticity. With an incremental form the model does not require a cycle counting method for variable amplitude loading. The model is designed to consider mean stress and loading sequence effects. Features of the new model are discussed and the determination of material constants is detailed. Verification of the model is achieved by comparing the predictions obtained by using the new model and experimental data of four materials under different loading conditions.