一种新的低周疲劳损伤累积模型及试验验证

基于连续介质损伤力学理论,依据疲劳损伤的加载参数与损伤变量之间的不可分割性等特点,建立了一种新的低周疲劳损伤累积模型。经过对00Cr17Ni14Mo2钢和2.25Cr1Mo钢的低周疲劳试验数据的分析,得到了相应的疲劳损伤累积模型。将该模型与不同的损伤累积模型相比较,结果表明：该累积模型的计算结果与试验结果能更好地一致,能更真实地反映损伤的非线性累积过程。该累积模型考虑了损伤和应变的耦合作用以及平均应力、疲劳极限对其的影响,且物理意义明确,具有一定的实用价值。     

45钢非线性多轴疲劳累积损伤律研究

对45号中碳钢薄壁圆管试件进行了拉-扭复合双轴加载的多种比例及非比例路径下的常幅疲劳寿命试验以及多种组合两级变路径的多轴累积疲劳试验。应用所得试验数据对现有的常用疲劳损伤累积模型进行验证,基于Manson损伤曲线累积模型添加载荷路径变换因子,提出了一个适用于多轴非比例加载的非线性疲劳损伤累积模型,并对模型进行了验证,数据点基本控制在2倍误差带之内,得到令人满意的预测结果。     

基于能量耗散的疲劳损伤模型

能量的耗散和晶体显微结构的运动与演变有关。根据金属显微结构稳定性原理，利用自由能的变化将微观角度的显微结构变化与宏观的疲劳损伤过程联系起来，并用储能定义损伤变量。提出获得储能的数值方法，建立基于不可逆能量耗散的疲劳损伤演化模型；并对该模型用40CrNiMoA的两级加载试验进行验证，预测结果与试验结果吻合较好。     

重型机床基础件疲劳损伤评估模型

为确定基础件可再制造性,需要对基础件进行疲劳损伤评估。采用应力-疲劳损伤模型和线性疲劳累积损伤理论,计算基础件高周疲劳损伤。使用材料HT300进行疲劳加载实验,得到描述材料疲劳寿命特性的S-N曲线,对采用经验公式计算的切削力进行基于概率分布的循环次数统计计算。以ANSYS为分析工具,建立重型机床简化模型,导入切削力循环次数分布数据和材料疲劳力学性能参数,建立基于安全系数和可用寿命的疲劳损伤评估模型,对基础件疲劳损伤进行定量分析。     

组合转子疲劳-蠕变联合损伤机理研究

以某重型燃气轮机组合转子为研究对象,建立了组合转子整体损伤模型;将纯疲劳和纯蠕变的损伤研究作为基础,根据损伤力学累积模型将联合作用下的损伤变量表示为两种损伤的非线性叠加,揭示了疲劳-蠕变联合作用下组合转子的损伤机理;对疲劳-蠕变联合条件下组合转子的损伤规律进行了实验验证。结果表明,建立的整体损伤模型是正确的、有效的,可为部件损伤预测组合转子的整体损伤提供参考。     

基于循环平稳的疲劳损伤检测方法

对称循环加载是疲劳试验中常用的加载方式,该加载方式的试样振动信号具有循环平稳特性,通过采集试样疲劳过程中的振动信号并进行循环平稳性分析,提取二阶循环统计量的特征参数可描述试样损伤状态。研究目的是提取循环加载疲劳试样的循环平稳性指标,反映试样疲劳损伤累积规律。开展疲劳过程中循环加载试样振动信号的循环平稳性分析,基于提取的二阶循环统计量,建立监测变量在线描述试样损伤状态。开展疲劳试验和仿真分析,验证了该疲劳损伤检测方法的可行性。     

2Cr13钢低周疲劳损伤演变规律研究

用连续介质力学理论研究了工程材料的低周疲劳损伤演变过程,在热力学基础上基于连续损伤变量Ｄ,并根据有效应力的概念,提出了低周疲劳各向同性连续损伤模型,用该模型分析了汽轮机叶片材料２Ｃｒ１３钢在控制应变低周疲劳过程中的损伤演变律,模型得到了实验的验证,损伤变量选择了方便测量的循环应力与初始应力之比与１的差,模型中的参数具有明确的物理意义,而且测量容易,文中还对不同循环下的疲劳试样的微观组织结构进行了透     

疲劳损伤状态的等效性

从疲劳过程的宏观，微观两个方面分析，论证了疲劳损伤的等效性问题，本文进行的确定“等效循环数”的疲劳试验，确定传统的“等效损伤状态”下Ｓ－Ｎ曲线（应力－剩余寿命曲线或称剩余Ｓ－Ｎ曲线）的剩余寿命试验和考察高－低，低－高不同加载顺序下疲劳损伤累积规律的试验，都证实了不存在一般意义上的“等效损伤状态”的观点。     

镁合金低周疲劳损伤演化模型探讨

通过铸造镁合金AZ91D和变形镁合金AZ31B室温环境应力控制的低周疲劳试验,基于连续损伤力学,选取平均应变的变化作为损伤变量,将镁合金的低周疲劳损伤演化划分为损伤初始阶段、损伤稳定阶段和循环末期的快速损伤阶段,各阶段的损伤分别以形核损伤、微裂纹损伤和主裂纹损伤为主。在此基础上建立了三阶段损伤模型和两阶段损伤模型,并用上述损伤模型进行了镁合金的低周疲劳损伤演化分析。研究结果表明:相对于经典的低周疲劳损伤模型,采用三阶段损伤模型和两阶段损伤模型所得损伤曲线与试验结果符合较好,能较好地反映镁合金低周疲劳损伤的演化过程。     

一种基于熵增理论的疲劳-蠕变交互作用损伤模型及试验验证

根据经典热力学理论,材料疲劳-蠕变交互作用下的损伤过程可视为系统熵增的累积,当熵增积累到临界值时,材料发生失效断裂。按此理论,并基于连续损伤力学和能量守恒定律,以系统熵增的变化来描述材料损伤,建立了一种疲劳-蠕变交互作用的损伤模型。为验证该模型,进行了540℃和520℃环境下1.25Cr-0.5Mo钢应力控制的梯形波加载试验,以材料的残余应变反映熵增积累,选取残余应变的变化作为损伤变量,用上述损伤模型进行了材料疲劳-蠕变交互作用的损伤演化描述,结果表明实测损伤点数据与该模型的损伤演化规律符合较好。     

Nonlinear cumulative damage model for multiaxial fatigue

On the basis of the continuum fatigue damage theory, a nonlinear uniaxial fatigue cumulative damage model is first proposed. In order to describe multiaxial fatigue damage characteristics, a nonlinear multiaxial fatigue cumulative damage model is developed based on the critical plane approach. The proposed model can consider the multiaxial fatigue limit, mean hydrostatic pressure and the unseparated characteristic for the damage variables and loading parameters. The recurrence formula of fatigue damage model was derived under multilevel loading, which is used to predict multiaxial fatigue life. The results showed that the proposed nonlinear multiaxial fatigue cumulative damage model is better than Miner’s rule.     

FATIGUE DAMAGE CALCULATED BY RATIO-METHOD TO METALLIC MATERIALS WITH SMALL CRACK UNDER UNSYMMETRIC CYCLIC LOADING

Based on the standpoint to take for the crack size also to be a damage variable like the damage variable, by means of the two-directions coordinate system, several new calculation equations on the small crack growth rate are suggested for describing the elastic-plastic behavior of some metallic materials. And the estimation formulas of life are also suggested relative to varied small crack size at each loading history, which is unsymmetric cyclic loading. In the calculation method, as a loaded stress-strain parameter to adopt the ratio with plastic strain range to elastic strain range, and as the material constants using the typical material parameters in damage calculation expression, a new concept of the compositive material constant, which has functional relation with the typical material constants, average stress, average strain, critical loading time is given out. In addition, the fatigue damage of a part of car is put up to calculate as an example, its calculation results are accordant with the Landgraf's equation, and calculation precision is more rigorous, so could avoid unnecessary fatigue tests and will be of practical significance on saving times, manpower and capitals, as well as the convenience for engineering applications.     

基于二元疲劳失效判据的非线性疲劳损伤累积模型及其强度退化研究

二元疲劳失效判据认为疲劳破坏是由损伤程度和当前作用应力这两个量共同决定的,由此观点出发定义了非线性损伤,并建立了与载荷状态有关的非线性损伤累积模型,推导了在多级加载下的递推公式。经两种金属材料的疲劳试验数据验证表明,用该模型预测疲劳寿命,其结果是令人满意的。从疲劳过程本质上是材料静强度不断退化的过程的观点出发,建立了基于二元疲劳失效判据的非线性强度退化模型,将模型应用于两级及多级载荷下的剩余寿命估算,结果表明,所提出的剩余强度退化模型是合理可行的。

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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。     

低周循环应力-应变关系和损伤

引入硬化状态变量表征微结构变化对材料循环变形行为的影响，提出应变控制下材料的循环应力一应变关系，由此导出的疲劳损伤演变方程与材料的损伤和硬化状态有关，考虑加载历史的影响。其结果可以为分析多级疲劳加载时，损伤演变过程和剩余寿命估算提供新的思路。     

高温时间相关单多轴疲劳损伤模型

针对高温疲劳中蠕变和氧化因素的影响,提出高温循环加载下时间相关疲劳损伤模型.根据材料高温疲劳微观观察和疲劳过程,充分考虑拉压应变率和循环周期不同而造成的不同损伤,提出高温影响折算时间的计算方法.结合损伤理论和高温对疲劳损伤的影响,把无保载时间的高温疲劳损伤分为纯疲劳损伤、时间相关损伤和交互损伤,损伤模型经高温2.25Cr-1Mo钢单多轴疲劳试验验证,结果表明,误差在两个因子之内.     

基于弹性模量变化的3D-C/SiC复合材料疲劳损伤演化

三维碳纤维编织体增强碳化硅陶瓷基复合材料(简称3D-C/SiC)是一种新型的超高温结构材料,但对其疲劳损伤演化规律尚不清楚。采用应力比为0.1、频率为60 Hz的正弦波,在室温下对3D-C/SiC复合材料进行拉—拉疲劳试验,用共振法测试试样在疲劳过程中的弹性模量,并以En/E0为损伤参量,对3D-C/SiC复合材料的疲劳损伤进行表征。结果表明,En/E0随循环周次的变化可分为迅速降低、缓慢降低和陡然下降三个阶段,弹性模量的大部分衰减发生在第一阶段。不同疲劳应力下,以En/E0表征的损伤临界值约为0.72。提出以En/E0表征的疲劳损伤演化模型及疲劳寿命表达式,同时得到实验验证。     

40Cr钢的三点弯曲疲劳损伤在线跟踪测量

用系统分析的方法，在线跟踪观察40Cr钢的三点弯曲疲劳损伤过程。实验结果表明，用系统分析的方法提取损伤参数，能够反映材料的三点弯曲疲劳损伤整个过程；实验结果也从一个方面验证了双线性损伤规律的合理性。此外在相同的实验条件下，损伤参数直观、敏感地反应出试样表面状态等因素对疲劳寿命的影响。     

基于非线性累积损伤的随机振动疲劳寿命分析

预测承受随机载荷结构件的疲劳寿命是一个复杂的问题,应用Miner线性损伤准则经常会得出偏于冒险的寿命预测。非线性累积损伤理论考虑了加载顺序对疲劳寿命的影响,精度更高,但计算繁琐,且未能用于频域寿命计算。文中给出了一种基于非线性累积损伤的随机振动疲劳寿命分析方法,该方法将频域疲劳寿命的预估结果平分为若干段,考虑顺序效应对每一段结果进行修正并叠加,得到修正的振动疲劳寿命结果,通过简单试验件试验验证了该方法的准确性,对于某加筋板结构在动力学准确建模、多轴应力等效的基础上进行寿命估算,结果证明了方法的有效性和工程可用性。     

基于剩余强度退化规律的疲劳损伤非线性演化模型

通过对正火４５钢的试验数据分析,提出了一个反映剩余强度退化的对数表达式,给出对称恒幅应力循环下疲劳损伤的定义与表达式。该表达工能够反映损伤演化的非线性特性。进一步分析了随机应力循环下结构的疲劳损伤,导出损伤演化的递推公式,并结合大量的计算给出结构在应力块重复循环下疲劳寿命估算的一个近似方法。