缺口件疲劳损伤累积规律的研究

为解决传统疲劳方法对于缺口件疲劳寿命估算不准确的问题,引入疲劳损伤累积的概念.利用有限元分析方法,计算了中心圆孔试件在4种疲劳载荷作用下缺口处的应力-应变响应.采用坐标变换的方法得到缺口处在4种疲劳载荷作用下任意材料平面上的应力、应变分量.选取6种损伤参量进行研究,计算得到6种损伤参量随截面位置的变化情况,进而可以确定最大疲劳损伤.为了获得6种损伤模型的累积规律,计算在不同循环内的最大累积损伤,进而获得最大疲劳累积损伤与循环次数的关系.结果表明:中心圆孔缺口件在4种疲劳载荷作用下6种损伤模型的累积规律都为线性.以该结论为基础可估算缺口件的疲劳寿命.     

基于有限元的波纹钢腹板组合箱梁疲劳损伤分析

针对波纹钢腹板组合箱梁（以下简称箱梁）的抗弯性能进行有限元分析,分析箱梁的静力位移、应力和应变结果,建立箱梁破坏损伤机理并得到应力薄弱点。同时,根据有限元分析结果,进行箱梁局部应力应变分析,得到箱梁不同水平下的疲劳寿命。最后,结合疲劳损伤和疲劳断裂理论进行箱梁的疲劳裂纹扩展行为及破坏过程和寿命预测研究,分析了正弦波疲劳荷载作用下箱梁中的钢腹板、PBL剪力连接件以及钢板翼缘等部件的疲劳裂纹萌生及寿命预测结果与试验结果吻合较好。研究表明：根据美国规范AASHTO2004中C类标准进行工程设计和疲劳寿命估算与试验符合较好,同时采用Palmgren-Miner线性累积损伤疲劳准则能有效地计算变幅疲劳载荷下箱梁的疲劳损伤及断裂破坏过程,为实际工程中箱梁疲劳性能设计提供参考。     

随机恒幅载荷下结构疲劳累积损伤的概率模型

概率疲劳累积损伤理论是产品可靠性评估与疲劳寿命预测的核心问题,其焦点是瞬时累积损伤及临界损伤的概率分布特性。从应力与疲劳寿命的基本关系(即S-N曲线方程)出发,根据应力的概率密度函数推导出疲劳寿命的概率密度函数;基于Miner理论建立了一种适用于疲劳可靠性分析的概率疲劳累积损伤模型;通过具体实例对所建模型的有效性进行验证和分析。结果表明:该模型能够很好的反映外因(载荷特性)及内因(材料疲劳性能参数)对产品累积损伤分布规律的影响,为产品的可靠性设计及疲劳寿命预测提供了理论依据。     

多级等幅疲劳加载下RPC的损伤累积及剩余寿命预测

为了进行活性粉末混凝土(reactive powder concrete,RPC)结构的疲劳寿命分析,对轴向循环压缩荷载作用下RPC的损伤累积行为进行了试验,利用残余塑性应变定义了RPC的疲劳损伤,给出了损伤演化方程.基于等效损伤准则,导出了反映RPC非线性损伤累积的力学模型,利用模型进行了RPC的剩余疲劳寿命预测.结果表明,理论损伤累积模型能较好地预测RPC的剩余疲劳寿命.     

PBGA无铅焊点应力应变数值模拟及寿命预测

本文对焊点材料为Sn3.8Ag0.7Cu的PBGA封装器件进行了3-维有限元数值模拟.以Aand统一粘塑性本构方程描述无铅焊点的粘塑性行为,研究了在温度循环载荷下焊点阵列等效应力和塑性应变的分布规律,找出了实体模型中最大应力和应变的焊点位置;分析了最大应变焊点的等效应力周期性变化和等效塑性应变累积的动特性曲线;基于Manson-Coffin焊点疲劳寿命模型,对关键焊点进行了寿命预测,疲劳寿命值为3.851×103循环周期.     

岩石塑性应变损伤模型的建立及应用

岩石塑性变形和损伤变量的微观机制都是岩石中微裂纹的萌生和发育,塑性变形与损伤在岩石材料中是同时出现的,它们的演化规律是相互耦合的.本文采用基于塑性应变的损伤变量,定义岩石在破坏过程中塑性应变增量与损伤增量成正比关系,并把极限塑性应变归一于岩石的临界损伤值,建立了岩石塑性应变损伤模型和本构模型.实验曲线与利用所建立的塑性应变损伤模型计算的应力-应变曲线吻合较好,岩石塑性应变损伤模型能较好地描述岩石整个加载过程中的损伤与应力、应变的关系.并根据岩石塑性应变损伤模型,分析了单轴压缩荷载作用下岩石的应力和应变与损伤的演化规律.     

基于损伤累积理论的多轴疲劳寿命预测方法

为估算工程构件的疲劳寿命,建立一种基于损伤累积理论的多轴疲劳寿命预测方法.利用有限元法和疲劳损伤累积理论对6种损伤参量进行修正,计算得到在单轴、双轴比例、双轴非比例、三轴比例和三轴非比例循环载荷作用下疲劳损伤累积规律,建立一种幂指数形式的损伤演化方程,估算疲劳寿命,并与试验结果进行比较.计算结果表明:单轴疲劳载荷作用时,损伤累积规律是线性的;多轴疲劳载荷作用时,损伤累积规律是非线性的;由这种方法预测的双轴比例、非比例加载的疲劳寿命与试验值吻合得很好.得到一种可解决三轴非比例加载疲劳问题的寿命预测方法,这种方法所需由试验确定的常数少.     

有限元分析平面应力非线性橡胶材料的J积分

采用Ｃａｏ型应变能密度函数,基于Ｔｏｔａｌ Ｌａｇｒａｎｇｅ描述的非线性有限元方程,对平面应力Ｉ型橡胶的单边型裂纹试件,在裂纹尖端附近计算Ｊ积分,当Ｊ积分达到临界ＪＣ时,裂纹失稳破坏,即用Ｊ积分准则来预测其临界载荷,适当进取本构常数,有限元计算表明：与实验和工程上常用的Ｍｏｏｎｅｙ型本构的分析结果吻合,最后,讨论了本构常数的变化对Ｊ积分的影响。     

Q235钢缺口试件随机疲劳寿命试验研究

讨论了一种用于随机载荷下零构件疲劳寿命预估的有效计算方法。引入材料所吸收的弹性应变能和塑性应变能等参量,在等能量损伤法则下推算出稳态条件下随机载荷的等价常幅应力,并利用MTS810疲劳试验机对Q235钢缺口试件进行了试验验证,对于结构设计阶段和改进阶段或应力响应时间历程无法实测的情况,此法尤为可行。     

晶粒尺寸和塑性应变幅对多晶铜疲劳的滞回能的影响

研究了多晶铜循环形变中晶粒尺寸和塑性应变幅对滞回能的影响.通过不同温度退火获得具有不同晶粒尺寸的试样,在岛津5kN疲劳机上进行恒塑性应变疲劳实验,通过分析不同塑性应变幅下滞回能密度随循环周次的变化规律,以及不同晶粒尺寸下饱和前吸收的累积滞回能随塑性应变幅的变化规律,得出结论:晶粒尺寸越小,饱和前吸收的累积滞回能越大;随塑性应变幅增加,相同循环周次时的滞回能密度增大,饱和前吸收的累积滞回能减小;随塑性应变幅增加,晶粒尺寸对饱和前吸收的累积滞回能影响减弱.     

贫混凝土疲劳方程的建立及其应用研究

贫混凝土用于水泥混凝土路面或沥青混凝土路面基层时,和面层一起受到荷载应力和温度应力的反复作用,路面应力分析和结构设计时应考虑其疲劳性能.在室内贫混凝土小梁弯拉疲劳试验的基础上,分析疲劳寿命试验数据的概率分布,得出其疲劳寿命服从双参数威布尔分布,据此建立了不同应力水平和等效应力水平下两种形式的疲劳方程.根据此疲劳方程,得出贫混凝土的疲劳性能优于其他常用半刚性基层材料,并建立了贫混凝土作为水泥混凝土路面下面层荷载应力计算的疲劳应力系数,以及作为沥青路面基层层底弯拉应力验算的弯拉强度结构系数.     

一个疲劳损伤参量演化方程的建立与的拟合

循环塑性应变能作为疲劳损伤用于疲劳过程研究已经多年,但其演化规律的数学描述至今尚不完善。本文在分析循环塑性应变能循环相关特点的基础上,建立了它的损伤演化方程,并利用实验结果对该二元非线性方程进行了拟合。     

沥青混合料疲劳损伤的研究

以累积损伤为基础理论，根据六种沥青混凝合料的劈裂疲劳试验结果建立了反映疲劳特性的能量方程，分析了疲劳损伤机理及疲劳破坏过程中能量的累积规律，为建立沥青混合料损伤破坏统一型奠定基础。     

基于最小能量原理计算高速切削过程中的剪切角

以Oxley模型的切削力和切削几何关系为基础,提出通过计算切削过程中第一形变区、第二形变区的应力和应变来计算塑性变形功,从而构建随着切削过程中剪切角的变化,系统总能量变化规律的计算模型。基于最小能量原理,确定对应切削过程中塑性变形功最低时的剪切角为平衡剪切角。在模型中引入Johnson-Cook本构方程与动态流变应力本构方程,以文献中45钢的切削实验数据为依据,分别计算引入2种本构方程的基于最小能量原理模型的剪切角,并将计算结果与Oxley模型的计算结果进行对比分析,结果表明文中构建模型的计算结果与实验结果吻合较好。     

基于临界面法的三参数多轴疲劳损伤模型

基于临界平面方法,提出一种能适用于拉-扭加载的多轴疲劳损伤模型.新的模型采用应力与应变的三参数相结合形式,不仅考虑了当前循环内临界面上最大剪应变范围和正应变变程对多轴疲劳损伤的贡献,还顾及了非比例附加强化效应和平均应力对多轴疲劳寿命的影响.该模型预测精度较高且本身不含有材料常数,便于实际工程应用.最后,将提出的多轴疲劳寿命估算模型结合Inconel 718钢、高温GH4169合金和高温Haynes 188合金等3种材料的多轴疲劳试验进行寿命预测验证,预测结果与试验结果吻合较好.     

塑性铰区采用FRC柱试验研究及正截面承载力分析

采用简化的纤维增强混凝土应力应变关系,根据截面变形的平截面假定和截面力的平衡方程,推导出塑性铰区采用纤维增强混凝土柱在不同极限状态时的曲率。根据各极限状态点曲率,求得截面上各分布力,对截面形心轴取距,到塑性铰区采用FRC柱的开裂、屈服、峰值和极限点的弯矩表达式。与试验结果对比表明,计算值与试验值吻合较好。     

多轴低周疲劳寿命预测方法研究

针对近年来的疲劳研究现状进行了初步分析,详细评述了多轴比例、非比例、常幅、变幅加载下低周疲劳寿命四种估算方法：临界平面法、等效应变法、能量法和临界面应变能密度法．对一些模型的应用范围和预测能力进行了讨论,并对今后的研究工作提出了建议．     

混凝土分段曲线损伤本构模型及其数值验证

目的对引入损伤变量的混凝土结构进行损伤分析.方法结合混凝土规范中混凝土受拉应力-应变曲线数据和能量等效假设;在ABAQUS有限元分析软件中采用损伤模型进行结构分析,新的损伤演化方程中的材料参数值由试验标定;对混凝土试件的单轴拉伸行为和三点弯曲行为进行数值验证.结果提出了新的混凝土分段曲线损伤模型;单轴拉伸梁最大损伤值为0.9329,三点弯曲梁最大损伤值0.989;模型损伤演化结果符合试验趋势.结论较好地描述我国现行混凝土规范中给出的混凝土材料本构关系,新的混凝土损伤本构模型可以用于混凝土结构的损伤分析.     

高温多轴变幅疲劳损伤累积

为进行高温多轴变幅疲劳寿命预测,以应力幅作为损伤变量,采用经典的Chaboche模型进行多轴疲劳损伤计算.多轴加载下等效应力的确定是根据单轴加载下的本构关系,利用多轴等效应变求出等效应力.修正Chaboche疲劳累积损伤模型中应力指数表达式的形式,根据Chaboche损伤累积模型,求解变幅加载下的疲劳损伤.推导出多级加载的Chaboche疲劳损伤累积公式,将其用于变幅加载块的疲劳损伤估算.寿命预测结果与试验结果接近,误差基本在2倍因子之内,说明了寿命估算方法的可行性.