应变疲劳可靠性理论与方法的新进展

介绍概率应变疲劳试验法、评价模型和损伤随机演化机制方面的新进展。突破经典极大似然法在参考试验载荷之外的单试样限制，提出新的广义极大似然疲劳试验法。新发现随机循环应力—应变响应现象并建立其概率模型。新发展概率疲劳应变一寿命模型。概率模型参数由称为广义极大似然法的方法确定，在整体数据层面综合考虑数据分散性规律与样本量对概率评价的影响。考虑随机应力—应变关系反映“随机应变载荷”、随机应变—寿命关系揭示材料的“应变强度”，提出随机应变载荷—强度干涉恒幅可靠性模型，与Keciguliu的递推法结合可进行变幅和应变载荷谱下的可靠性分析，形成了应变疲劳可靠性理论和方法的新体系。进一步根据有效短裂纹准则，揭示疲劳性能随机及演化性的本质原因源于主导有效短裂纹萌生区域及其裂尖区域微观结构扩展条件的差异及演化性；随机疲劳裂纹扩展、应变—寿命和应力—应变关系是3个关联的随机疲劳关系；疲劳损伤是一个由初始混沌状态，到独立无关的随机状态，然后到史相关随机状态的演化过程。     

以可靠度观点确定起重机金属结构许用应力

根据起重机载荷谱系数Ｋｐ与当量应力的关系，建立了起重机金属结构许用应力概率计算式。采用郑州机械研究所的疲劳试验数据，计算了三种典型焊接头的疲劳许用应力，指出了现有规范（ＧＢ３８１１－８３）中的某些不足之处。并结合现场例计算，获得了较满意的结果。     

不完善概率疲劳S-N曲线的Monte Carlo修正

提出不完善概率疲劳S-N曲线情形之一,在高应力幅范围对数疲劳寿命方均差预测值为负时的Monte Carlo修正法.方法包含利用"混合乘同余法"的随机数发生器,按符合生产实际的相同应力水平每组试样模拟样本5～15个的策略,以可接受的精度重构试验S-N数据和疲劳极限数据.重构后概率曲线以极大似然法确定,并采用"概率协同法"拓展到超长寿命范围.历史不完善Q235钢概率曲线的研究表明,存在负对数疲劳方均差预测时曲线在高应力幅范围具有交叉点,不符合疲劳物理统计规律,并给出偏于危险的分析结果;而重构曲线克服了上述缺点,并把分析范围拓展到了超长寿命范围.     

基于局部应变的疲劳寿命计算方法

材料的P-ε-N曲线是构件基于局部应变-寿命可靠性分析计算的基础。主要考虑总体拟合效果最佳、与疲劳失效机制的一致性和尾部预测安全性等因素的情况下，提出了确定循环寿命的良好统计方法。以Coffin-Manson律为基础，采用线性回归方法和相关系数优化法，考虑应变-寿命的随机性，获得了标准试样在任意置信度下的P-ε-N曲线。产品在工作环境下受力复杂，根据材料在弹、塑性状态的泊松比不同，结合第四强度理论，获得适用于多轴应变疲劳寿命的修正曲线。利用随机振动试验模拟使用环境对构件进行可靠性试验，通过对直接测量的应变时间历程进行分析计数，并运用局部应变法对构件进行疲劳寿命计算，证明了方法可用于解决工程实际问题。     

有限数据下结构疲劳可靠性设计曲线的统计模型

提出了有限数据下确定反应堆结构疲劳可靠性设计S－N曲线的统计模型，该模型置信度－存活率概率－强度－寿命（C－P－S－N）曲线来表示考虑了常规P－S－N曲线预测结果的可信性，应用线性回归统计分析原理，将置信度引入到常规P－S－N曲线中，从而得到C－P－S－N曲线。1Cr18Ni9Ti不锈钢管道焊接缝金属材料试验数据分析结果说明了模型的合理性和可用性，同时还说明了有限数据下常规P－S－N曲线偏于危险。     

结构材料常规疲劳数据库开发

开发了反应堆结构材料常规疲劳数据库管理系统，库中包含了常规疲劳设计分析曲线参量，即应力－寿命、概率－应力－寿命、应变－寿命、概率－应变－寿命、循环应力－应变及概率－循环应力－应变曲线参量，以及相关材料和试验条件信息。可通过材料名称或机械性能区间指标查询。根据查询结果，可进行常规疲劳设计分析与评价或常规疲劳可靠性设计分析与评价。     

激光微波管

激光微波管(lasertron)是80年代发展的超大功率微波源,目前尚处在研究的初期阶段。本文介绍了激光微波管的基本原理,并进行了一维分析。计算模型比较简单,但已经可以看出与常规微波管不同的许多特点。数值计算结果显示出了空间电荷影响的严重性。文中最后指出研究激光微波管遇到的一些关键技术问题。     

LZ50车轴钢的概率循环本构模型

试验研究了LZ50车轴钢随机循环本构模型。验证了先前在焊缝金属试验中的发现与推断,即工程材料的循环本构存在随机性,与广泛所认识的循环应变—寿命关系的随机性一样,是固有的疲劳现象。同时考虑数据分散性规律和数据量对概率评价的影响,基于Ramberg-Osgood方程及其修正形式,提出了任意存活概率和置信度的随机循环本构模型及其参数的求解方法。LZ50车轴钢试验数据的分析验证了模型的有效性和实用性。     

管道结构焊接头240℃低周疲劳试验裂纹萌生寿命的统计分布

从总体拟合效果,与疲劳物理的一致性和尾部预测的性角度,研究了可能的４种假设分布对管道结构焊接试样２４０℃低周疲劳裂纹萌生寿命数据的拟合效果。结果表明;三参数Ｗｅｉｂｕｌｌ分布总体拟合效果最好,但由于其３参量可能出现小于１的情况,不符合疲劳物理要求;其尾部大多数情况可能给出非保守估计,不是一种良好的假设分布。     

不锈钢管道焊缝金属疲劳短裂纹行为的实验研究Ⅰ.材料微观结构和研究方法

用金相、复型技术和硬度实验测试了1Crl8Ni9Ti不锈钢焊缝金属试样表面的微观结构组成.结果表明:奥氏体基体与富δ铁素体-带状结构组成的柱状晶是焊缝材料的微观结构特征,相邻富δ铁素体带间距离(约40 μm)是这一结构的特征参量.试样表面的微观结构依相对焊缝柱状晶取向的不同而不同.考虑疲劳损伤的局部性和区别试样表面不同尺度、位置微裂纹对疲劳损伤贡献的差异,提出了以"有效短裂纹准则"为核心的疲劳短裂纹行为研究方法.