非线性疲劳损伤累积理论研究

为解决两级载荷作用下的材料常在损伤值不为一时破坏的问题，在原有常用疲劳累积理论的基础上，避开等效损伤，并考虑加载顺序、领域潜在损伤和损伤的非线性对材料疲劳寿命的影响，建立了一种非线性疲劳损伤累积模型及其计算公式，并利用两种材料疲劳实验数据，通过该模型预测了它们疲劳寿命，所得结果符合实际，证明了该模型及其计算公式对材料进行寿命预测是可行的．     

线性疲劳损伤累积理论的研究

为解决两级载荷作用下的材料常在损伤值不为一时破坏的问题，在原有常用疲劳累积理论的基础上，考虑加载顺序与领域潜在损伤对材料疲劳寿命的影响，首先建立了一种线性疲劳损伤累积模型及其数学公式。然后利用两种材料疲劳实验数据，通过该模型预测其疲劳寿命。所得结果符合实际。最后得出该模型及其数学计算公式对材料进行寿命预测是可行的。     

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.     

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.     

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.     

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。     

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.     

深潜耐压壳钛合金材料低周疲劳预测方法

传统的深潜耐压壳低周疲劳分析方法无法同时准确预测疲劳裂纹的萌生寿命和扩展寿命,本文依据连续损伤力学理论,采用实验与数值结合的方法,针对现有疲劳损伤模型的局限性,提出了能够考虑微裂纹闭合效应的疲劳损伤累积模型,给出了钛合金材料低周疲劳分析方法。通过数值模拟Ti80钛合金损伤演化过程,并将本文提出模型和Lemaitre疲劳模型的预测结果分别与实验值进行对比,结果表明：本文提出模型的平均误差为5.24%,比Lemaitre疲劳模型预测效果更好,说明该模型能更准确地模拟Ti80合金材料的低周疲劳行为。     

基于临界平面法的混凝土疲劳寿命预测研究

利用疲劳分析的临界平面方法和有限元分析手段,以塑性应变能密度为损伤参量,计算混凝土疲劳试件在疲劳载荷作用下的累积损伤,得到损伤累积规律,结合实验结果建立疲劳损伤累积方程,并得到临界最大累积损伤及其产生的位置.考虑载荷水平的影响,得到规范化的临界塑性应变能密度和应力水平的关系方程.结合疲劳损伤累积方程和损伤与应力水平关系方程,对试件疲劳寿命进行预测,预测结果与实验结果吻合很好.     

基于动态响应特性的点焊疲劳损伤参量

针对不同疲劳损伤累积量,研究了点焊疲劳试件的固有频率变化特性.研究结果表明,试件的固有频率与所承受的循环数比成非线性关系.提出了一个由固有频率相对变化来描述的疲劳损伤参量,并利用疲劳损伤理论,建立了非线性疲劳损伤演化模型.结果表明,所提出的疲劳损伤参量能够很好地描述点焊接头疲劳损伤特性,疲劳寿命预测误差在两个因子之内.     

关于低周疲劳损伤演变规律的探讨

对于低周疲劳损伤,根据Lemaitre提出的损伤演变方程或耗散势表达式,均可导出关系式D=1-(1-N/N_f)~(1/A)这个公式值得商榷。考虑到疲劳损伤存在损伤寿命门槛值N_O和临界值N_O,并计及反映累积塑性应变对疲劳寿命的影响,本文对Lemaitre提出的公式作了修正,导出的关系式为D=D_O[1-(1-N-N_O/N_O-N_O)~(1/A)这个公式能较好地反映低周疲劳的客观实际。     

疲劳短裂纹损伤参量研究

用Monte Carlo方法建立了疲劳短裂纹演化过程的物理模型,实现了材料疲劳损伤微观物理过程。在此基础上对模拟结果进行了分析,探讨了表征材料损伤的疲劳损伤参数,提出一定面积上的裂纹总长度可以作为材料损伤的疲劳损伤参数。并拟合出裂纹总长度与材料相对寿命之间的关系及曲线,用于材料的疲劳寿命预测。     

定侧压混凝土双轴变幅拉-压疲劳累积损伤研究

为了调查混凝土在双轴拉-压交变荷载作用下的疲劳性能和累积损伤规律,利用改造的MTS疲劳试验机对变截面棱柱体混凝土试件进行了定侧压下轴心拉-压单级等幅和多级高-低、低-高变幅疲劳试验．总结了实测等幅与变幅疲劳应变与变形模量的衰减规律,基于疲劳变形模量定义了损伤变量,拟合试验结果得到了两阶段的损伤演化方程,依据损伤演变与损伤状态、加载条件间的相关性,建立了相应的疲劳累积损伤模型,并给出了利用本文模型进行疲劳损伤分析和剩余寿命预测的方法．模型预测的剩余寿命与实际试验结果的对比验证了模型的精度与有效性．     

不稳定变载荷时非90%可靠度滚动轴承的寿命计算

本文以不稳定变载荷的(Miner)疲劳损伤累积法则为理论基础,把受不稳定变载荷滚动轴承的承载情况转化为等效平均当量动载荷和等效平均转速。应用可靠性设计方法,推导出滚动轴承寿命计算通用公式,并对非90％可靠度滚动轴承寿命修正系数进行初步探讨.     

沥青混合料粘弹性参数及其应用

为确定沥青混合料的粘弹性参数,在10,5,0,-5,-15,-20,-25,-30 ℃下进行了应力松弛试验,采有Maxwell摸型,运用粘弹性力学相关理论对沥青混合料的粘弹性参数测定方法进行了分析,提出了该测定方法的数学模型,并用Origin软件进行了计算求解.分析指出,用累计耗散能可分析沥青混合料的疲劳破坏,累计耗散能与疲劳寿命之间存在唯一的关系,其它因素如试验方法、加载频率、加载模式、温度等对其影响不大.最后简要说明了累积耗散能的求解方法.     

高速铁路隧道基底软岩动力累积损伤特性

利用相似材料模拟高速铁路隧道基底软岩,采用荷载控制和非对称正弦波循环加载方式对软岩试件进行动三轴疲劳与损伤检测综合试验。通过试验结果分析,建立了软岩3参数多项式疲劳寿命计算模型和4参数多项式累积损伤参量计算模型,获得了软岩疲劳损伤特性,即：软岩疲劳破坏表现为端部拉-剪复合破坏和中部压-剪复合破坏两种模式;疲劳破坏全过程表现为初始微孔隙压密、裂纹发生与稳定扩展以及损伤裂纹加速发展3个发展阶段;软岩疲劳寿命主要取决于本身强度和动应力水平,强度愈高、动力应力水平愈低,其疲劳寿命就越长;当动应力水平相同时,软岩疲劳寿命与其弹性模量呈线性增长关系。