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。     

中碳钢多轴循环特性的试验研究

针对拉扭薄壁疲劳试样,在控制总应用拉扭循环加载下对中碳钢进行了试验研究。分别测试对称与存在平均拉扭应变情况下,比例加载与非比例加载时,拉与扭的应力响应值随循环数的变化情况。     

基于灰色理论镍基单晶合金多轴非比例加载低周疲劳研究

基于灰色理论研究DD3镍基单晶合金高温多轴非比例加载低周疲劳特性,对等效应变范围、温度、应变路径角、拉/扭载荷相位角和轴向应变比等影响疲劳寿命的因素进行灰色关联度分析,并引入损伤参量Q表征非对称循环特性和拉/扭多轴效应,以参量Q、等效应变范围Δεe和Mises等效应力范围Δσe构造疲劳损伤参量,建立低周疲劳寿命GM(1, N)预测模型。结果表明,各影响因素与多轴低周疲劳寿命的关联度等级依次为等效应变范围、温度和应变路径角为一级,拉/扭载荷相位角为二级,轴向应变比为三级;680 ℃和850 ℃温度下的GM(1, N)疲劳寿命模型的预测寿命与试验寿命的绝对关联度分别为0.97、0.86,平均相对误差分别为4.9%、6.0%;两种温度的试验数据几乎分别落在1.93、2.13倍偏差分布带内。     

多轴随机应变加载下铝合金缺口件有限元分析及寿命预测

在应变控制下对7075-T7451铝合金实心棒带U型环状缺口试件进行拉—扭比例、非比例恒幅和随机加载疲劳试验。查明名义剪切应力最大值与轴向应力最大值的下降规律,并用两者最先开始下降时的循环数比值来评估裂纹萌生寿命。利用弹塑性有限元法分析不同加载条件下试件缺口根部的循环应力、应变响应。基于有限元计算得到的应力、应变结果,采用拉伸型多轴疲劳损伤模型预测随机加载条件下缺口试件的疲劳裂纹萌生寿命,计算结果与试验得到的寿命比较吻合。     

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.     

缺口件两轴循环弹塑性有限元分析及寿命预测

利用弹塑性有限元模拟,对高温两轴比例与非比例拉扭应变循环加载下的光滑薄壁管件与缺口轴类件进行研究.材料弹塑性特性用Von Mises屈服准则、多线性运动硬化准则和高温单轴循环加载的应力应变数据来描述.采用柱坐标系下在试样一端加轴向和周向位移来实现拉扭应变加载.对光滑薄壁管件的后处理结果与试验结果比较,证实了这种方法的正确性和可用性,进而应用到缺口件,得到缺口根部局部的循环应力应变响应.基于有限元数据,采用Kandil-Brown-Miller法和Smith-Watson-Topper法预测了缺口件疲劳裂纹萌生寿命.     

一种新的多轴疲劳寿命预测方法

已有的试验结果表明,非比例加载过程中主应变轴在循环变形中连续旋转,导致多滑移系开动,阻碍了材料内部形成稳定的位错结构,从而产生非比例循环附加强化现象,导致疲劳寿命降低。由此,以薄壁圆管拉扭疲劳试件为研究对象,在分析临界面上的应变变化特性的基础上,基于多轴疲劳临界损伤面原理,应用von-Mises准则提出一种能够同时适用于比例与非比例加载的多轴疲劳损伤参量,并进行了平均应力修正。新的损伤参量,在考虑了临界面上最大剪应变范围和正应变范围对多轴疲劳损伤贡献不同的同时,还考虑了非比例加载下产生的附加强化对材料多轴疲劳寿命的影响。该参量不含有材料常数,便于工程应用。经正火45钢,S460N 钢,1045HR钢,高温Haynes 188合金,高温GH4169合金五种材料的多轴疲劳试验验证,预测结果与试验结果吻合较好。     

比例与非比例加载下多轴疲劳断口分析

利用扫描电镜对多轴比例和非比例加载下的薄壁管多轴疲劳试样的断口表面进行扫描观测分析。根据试件不同加载路径下的疲劳断口观测结果,研究多轴疲劳裂纹萌生及扩展机理。结果分析表明,比例加载下疲劳断口形式与单轴情况相似,具有Ⅰ型疲劳条纹特征。非比例加载下断口形式主要表现为Ⅰ型与Ⅱ型混合型断口特征。结合多轴非比例加载下的宏观力学条件,在微观机理方面探讨多轴非比例循环下的附加强化机制。     

双轴加载下缺口疲劳裂纹萌生位置的研究

对航空材料LY12CZ进行多种比例和非比例加载试验.分别采用弹性力学方法及弹塑性有限元方法对多轴加载下缺口试件缺口孔边应力应变进行分析,探讨疲劳裂纹萌生位置与孔边应力、应变的关系.试验与分析结果对照表明,各试验载荷情况下最大剪应力幅及最大剪应变幅的分布与孔边疲劳裂纹分布符合最好.     

非比例载荷下304不锈钢低周疲劳寿命预测

在拉扭疲劳试验机上完成了一系列非比例加载下对304不锈钢的低周疲劳试验,对目前常用的几种多轴疲劳寿命预测模型进行了分析比较。结果表明,以单轴疲劳寿命分析方法为基础的等效应变法,不能预测多轴非比例加载下的低周疲劳寿命,以临界面法为基础的Socie剪切模型对非比例加载下304不锈钢材料的疲劳寿命预测较好。     

多轴疲劳裂纹扩展行为研究

利用扫描电镜对多轴比例和非比例加载下的疲劳试样的断口面和外表面进行扫描观测分析。根据薄壁管拉一扭复合加载试件断口附近表面观测结果，统计其裂纹扩展的位向，研究多轴疲劳裂纹萌生及扩展机理。研究表明，多轴疲劳裂纹主要是沿最大剪切平面或垂直于管形试样的轴线方向扩展。在多轴比例加载条件下，裂纹分布的分散性较小。在非比例加载条件下，随着相位差的增大，分散性增大。     

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。     

Evaluation of cyclic plasticity models of multi-surface and non-linear hardening by an energy-based fatigue criterion

This study examines the performance of four constitutive models according to capacity in predicting metal fatigue life under proportional and non-proportional loading conditions. These cyclic plasticity models are the multi-surface models of Mroz and Garud, and the non-linear kinematic hardening models of Armstrong-Frederick and Chaboche. The range of abilities of these models is studied in detail. Furthermore, the plastic strain energy under multiaxial fatigue condition is calculated in the cyclic plasticity models by the stress-strain hysteresis loops. Using the results of these models, the fatigue lives that have set in the energy-based fatigue model are predicted and evaluated with the reported experimental data of 1% Cr-Mo-V steel in the literature. Consequently, the optimum model in the loading condition for this metal is chosen based on life factor.     

Multiaxial stress-strain modeling and effect of additional hardening due to nonproportional loading

Most engineering components are subjected to multiaxial rather than uniaxial cyclic loading, which causes multiaxial fatigue. The pre-requisite to predict the fatigue life of such components is to determine the multiaxial stressstrain relationship. In this paper the multiaxial cyclic stress-strain model under proportional loading is derived using the modified power law stress-strain relationship. The equivalent strain amplitude consisted of the normal strain excursion and maximum shear strain amplitude is used in the proportional model to include the additional hardening effect due to nonproportional loading. Therefore a new multiaxial cyclic stress-strain relationship is devised for out of phase nonproportional loading. The model is applied to the nonproportional loading case and the results are compared with the other researchers’ experimental data published in the literature, which are in a reasonable agreement with the experimental data. The relationship presented here is convenient for the engineering applications.     

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。     

一种多轴非比例载荷低周疲劳寿命预测方法

利用Itoh等人提出的非比例参数 ,提出一种非比例载荷下多轴低周疲劳寿命预测方法 ,提出几种不同非比例参数 ,并研究这些非比例参数对低周疲劳寿命预测的精度及适用性