应变疲劳可靠性分析的新进展与展望

应力分析较难考虑材料本构分散性和适用于弹塑性条件.未来解决结构失效问题趋向于应用应变知识.应变疲劳可靠性分析是其中的重要问题之一.现有方法仅适于缺乏试验数据时的近似分析.近期完成的一系列试验与理论研究,揭示了材料的循环应力—应变(CSS)响应存在分散性.从宏微观结合角度提出了“有效短裂纹准则”,较好地揭示了疲劳损伤及其演化的机制,说明了产生这一分散性的本质原因.考虑所有材料常数的随机性和相关性,提出了描述随机CSS响应与循环应变—寿命关系的统计模型.进一步考虑应变载荷—强度干涉,建立了新的基本分析方法.值得进一步研究的重要课题是,建立考虑平均应变/应力和多轴效应的方法,以及建立新的基于短裂纹行为理论的概率应变损伤容限设计与安全评价方法.     

腐蚀疲劳可靠性分析方法

阐明了腐蚀疲劳失效的机理及腐蚀疲劳失效设计准则;提出了腐蚀疲劳可靠性分析模型,对与腐蚀疲劳有关的变量的随机特性做了探讨和研究,并通过算例进一步阐明概念与算法,所示数据可供参考;对结构腐蚀疲劳可靠性做了方向提示。     

随机应力谱下构件疲劳可靠性分析的Miner准则--寿命分布函数法

基于随机应力谱下的Miner准则和寿命分布函数，提出了一种随机应力谱下构件疲劳可靠性分析模型——Miner准则一寿命分布模型。该模型首先考虑构件疲劳强度影响系数，对材料的p-S-N曲线进行修正，以得到构件的p-S-N曲线；然后利用Miner准则导出构件在随机应力谱下的疲劳可靠寿命表达式，由疲劳寿命的概率分布函数，并考虑构件疲劳强度影响系数的随机性，求得构件在随机应力谱下给定疲劳寿命时的疲劳可靠度。     

随机应力循环下结构疲劳寿命和可靠性的计算

将以往对应力循环二维分布特性的研究转化为对一次应力损伤一维分布特性的研究,基于应力损伤的Ｍａｒｋｏｖ性,研究了一次应力损伤服从指数分布时就总损伤的分布规律,给了了结构疲劳寿命和可靠性的计算方法,文末给出了本文方法在３００ｔ转炉倾动机构疲劳设计中的应用。     

采用Bodner-Partom本构模型的粘塑性有限元应力分析方法研究

通过用户子程序将Bodner Partom统一弹粘塑性本构模型引入通用有限元程序中 ,该子程序包括初始化数组、单元应力计算、弹性矩阵计算和计算结果输出等 4个部分。对于一个从时间t到t+Δt的载荷 (时间 )步 ,主程序将经过平衡迭代求解出来的总应变增量分成若干个子增量 ,并且对每一个子增量步都调用一次该用户子程序 ,以便更新每一个子增量步的应力和其它与历史相关的变量 ,一旦算出本载荷 (时间 )步的最后应力便输出最终结算结果。算例分析表明 :本文的计算方法可靠 ,计算结果正确 ,能够模拟应变率敏感性、热恢复效应、循环软化和循环硬化。     

一种考虑应力梯度的疲劳寿命预测方法

针对临界距离法及应力场强法在疲劳寿命预测过程中存在的问题,结合临界距离法计算量小、应力场强法能够反映构件所处应力状态的优点,提出了以缺口附近球形区域内的等效应力均值作为控制疲劳行为的当量应力的方法。参照一组疲劳试验对当量应力与球形区域半径的关系进行了研究,结果表明可用线性和指数函数的形式表示两者间的关系。通过定义应力梯度、相对应力梯度,构建了一种能够考虑应力梯度的疲劳寿命预测模型。对模型中参数的确定方法进行研究,提出了以光滑试件、缺口试件在各自相同载荷条件的疲劳极限作用下,两者当量应力相等时的球形区域半径作为损伤区域大小的方法,该方法不再需要通过试验获得半径参数,具有较强的实用性。疲劳试验结果表明,模型预测结果均在2倍分散带内,证明模型具有较好的预测精度,同时模型可准确预测疲劳破坏位置。     

一种基于剩余强度衰减的疲劳寿命可靠性分析模型

建立了一种基于剩余强度衰减理论的复合疲劳寿命可可靠性模型,通过推导分析和算例计算对比分析,说明该方法的正确性及其优点。     

高温结构的材料本构模型和有限元分析方法

考虑到对大量工作于高温和循环热－机械载荷作用下的机械结构进行实际而有效的热弹塑性－蠕变分析，并进行合理的设计和寿命估计的需要，本文建立并完善了用于高温非弹性分析的修正分离型本构模型，此模型能描述材料循环弹塑性和蠕变行为以及它们之间的相互作用，发展了用于高温非弹性有限元分析的数值方案，此方案的算法是无条件稳定的，并有较高的精度和效率。多种算例证实了上述方案的有效性和对于工程分析的实用性。     

考虑平均应力效应的Tovo-Benasciutti疲劳寿命预测模型

为了考虑平均应力对循环载荷作用下结构振动疲劳寿命的影响,对Tovo-Benasciutti疲劳损伤模型进行了平均应力修正。采用径向基函数法构造平均应力修正系数与随机应力带宽系数之间的近似模型,建立了考虑平均应力的Tovo-Benasciutti疲劳损伤模型。利用所建立的模型对某简单梁进行了疲劳寿命估计。结果表明：考虑平均应力效应的Tovo-Benasciutti模型能得到与试验更一致的结果。     

应变疲劳可靠性分析的现状及展望

未来是应用塑性变形知识解决结构失效问题的时代,应变疲劳可靠性分析是其中重要问题之一,它在90年代才引起注意,文献很少。现有方法假设Coffin-Manson循环应变—寿命（CSL）关系中的疲劳强度和塑性系数为独立随机变量,强度和塑性指数为常数,实际上它们都是拟合试验数据的相关随机变量。因此,只适于缺乏试验数据时的近似分析。试验揭示了材料的循环应力一应变（CSS）响应存在很大分散性。考虑这一分散性和CSL与CSS关系中材料常数的相关性,建立新的方法是未来值得研究的基础课题。建立考虑平均应变/应力影响和多轴方法,使之应用于工程实践是值得进一步研究的重要课题。     

基于应变的疲劳可靠性分析新方法

应用随机循环应变载荷－强度干涉模型，建立了基于应变的疲劳可靠性分析新方法。新考虑了材料循环应力－应变响应的分散性。与现有方法不同，材料常数视为非独立随机变量，来自于试验数据的回归结果。随机循环应力－应变行为和循环应变－寿命关系分别采用概率曲线来描述。循环应变载荷和强度的概率密度函数可显式分别由这些曲线求得。方法可方便拓展到如现有方法确定性循环应力－应变模型情形。核工程材料？１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢管道焊缝金属的试验结果分析说明了方法的有效性。     

疲劳应力统计分布与可靠度计算模型

指出了两类疲劳应力统计分布影响因素：横向统计分布影响因素和纵向统计分布影响因素。在不同应力统计分布影响因素作用下须采用不同的可靠度计算模型。提出了同时存在疲劳应力的两类统计分布影响因素时的可靠度计算模型：Ｍｉｎｅｒ定理－干涉模型综合法。使用该法计算了某构件在复杂载荷作用下的疲劳可靠度。     

一种随机变化载荷的疲劳损伤累计方法

讨论随机载荷下构件寿命分析时的一种材料损伤计算方法.与通常采用恒幅数据计算变幅疲劳寿命的循环计数统计方法不同,这里针对载荷变程进行损伤计算.作为更一般性的技术,可以对载荷的任一变化即时计算材料发生的损伤结果.为构件局部材料的寿命分析和裂纹行为计算提供一种有效的方法,因为在进行逐个载荷变化的损伤模拟计算时,处于这些部位的应力与构件总体受力情况往往不同,而且与载荷变化的序列有关.     

基于随机分析的结构高周疲劳寿命估算

首先,为了克服二参数幂函数只适于表示中等寿命区S-N图线段的局限,文中采用三参数幂函数及两个二参数幂函数两种方法表示S-N曲线中、高周寿命段.然后,基于随机过程、Miner线性累积损伤理论及构件P-S-N曲线,分别导出窄带和宽带情况下适用于高周疲劳且具有一定可靠度的疲劳寿命计算公式.最后,对一随机加速度功率谱作用下的机载杆天线进行疲劳寿命估算.     

随机结构系统振动的频率可靠性分析

根据随机结构的固有频率与激振频率差的绝对值不超过规定值的关系准则，定义随机结构振动问题的可靠性模式和系统的可靠度，提出避免共振的频率可靠性分析方法，应用随机摄动技术和可靠性理论，对随机结构系统共振问题的准失效分析方法进行探索。     

随机载荷下材料疲劳寿命可靠性分析的智能仿真系统

将疲劳累积损伤看作是非稳态过程,摒弃了能量均匀耗散及线性累积损伤理论假设,采用神经网络技术准确描述其与材料性能、载荷应力间复杂的非线性映射关系,真实描述了材料疲劳损伤过程;建立了疲劳失效动态准则,综合考虑了材料疲劳性能及载荷的随机性,能够正确反映两者的个体性能及相互关系。并运用离散事件仿真原因,构造了材料疲劳可靠性分析的智能仿真系统,用以准确地进行疲劳可靠性分析。经正火35钢随机载荷疲劳试验验证,其可靠性分析精度较高。     

RESEARCH PROGRESS ON STRUCTURAL FATIGUE RELIABILITY DESIGN AND ANALYSIS METHODS OF CHINESE RAILWAY VEHICLES

A state-of-art review is given to the new advances on fatigue reliability design and analysis methods of Chinese railway vehicle's structures.First,the structures are subject to a complicated random fatigue stressing history and this history should be determined by combining dynamic simula- tion and on-line inspection.Second,the random fatigue constitutions belong to an intrinsic fatigue phenomenon and a probabilistic model is developed to well describe them with two measurements of survival probability and confidence,similar model is also presented for the random stress-life rela- tions and extrapolated appropriately into long fatigue life regime.Third,concept of the fatigue limit should be understood as the fatigue strength at a given fatigue life and a so-called local Basquin model method is proposed for measuring the random strengths.In addition,drawing and application methods of the Goodman-Smith diagram for integrally characterizing the random fatigue strengths are established in terms of ten kilometers.Fourth,a reliability stress-based method is constructed with a consideration of the random constitutive relations.These new advances form a new frame work for railway fatigue reliability design and analysis.     

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。