弯扭耦合加载下缺口试件临界面确定方法研究

临界面法在多轴疲劳研究中得到广泛应用,对于光滑试件连续函数加载情况,可以利用理论方法计算其应力应变关系及临界面位置。对于缺口试件,由于存在应力集中,很难利用理论的方法计算其缺口根部的应力应变关系及临界面的位置。文中借助有限元法对缺口试件根部进行应力应变分析,并利用坐标变换原理确定最大剪切应变幅所在的平面,定义最大剪切应变幅所在的平面为临界损伤面,从而明确了缺口试件临界平面的确定方法。利用新的方法对不同加载条件及缺口参数的临界面位置进行分析,定量给出了临界面位置与缺口深度及载荷幅值的关系。     

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。     

材料重复冲击损伤模型与数值计算方法研究

基于连续介质损伤力学,将有效应力概念和应变等效假设应用于Johnson-Cook本构模型中,建立了重复冲击载荷作用下材料力学性能退化的损伤模型,以及考虑材料性能退化对冲击应力应变响应影响的数值计算方法。首先,推导了基于损伤耦合J-C本构模型的应力应变数值计算关系式,并在ABAQUS中进行二次开发,采用两种方法实现了考虑损伤影响的应力应变数值计算。进一步,建立了试件在重复冲击下损伤累积的计算方法,并采用所建方法对含缺口三点弯试件的重复冲击损伤进行了数值计算,研究了缺口根部应力应变及损伤度,并对试件整体损伤规律进行了分析。进一步开展了缺口三点弯试件的重复冲击试验,通过计算结果与试验结果的对比验证了建立的数值计算方法的可行性和适用性。与无损伤耦合模型计算结果相比,损伤耦合模型更能合理反映出缺口根部材料的力学性能退化过程以及损伤累积与冲击响应之间的相互影响。     

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.     

拉扭加载下缺口参数对轴疲劳寿命的影响

讨论了缺口几何参数对缺口轴疲劳寿命的影响。建立缺口轴在拉扭载荷作用下的力学模型，运用有限元软件计算缺口根部的局部应力应变，根据VonMises等效应变法计算缺口轴在不同半径、深度、张开角下的寿命。结果表明，缺口轴疲劳寿命随缺口半径r的增加而增加，随缺口深度t的增加而降低；当r和t一定时，缺口张开角α对圆轴疲劳寿命的影响程度较小。     

基于弯扭耦合的大型风力机复合材料叶片结构特性研究

为研究不同类型弯扭耦合叶片结构特性,以NREL 5 MW风力机叶片为研究对象,结合复合材料铺层设计建立不同弯扭耦合叶片有限元模型,通过CFD方法求解叶片气动载荷并对各叶片开展结构模态、强度及屈曲计算,分析不同耦合区域及耦合角度对叶片结构特性影响.结果 表明:弯扭耦合叶片各阶固有频率大多低于传统叶片,其中蒙皮耦合叶片变化最小而全耦合叶片影响最大;弯扭耦合叶片可降低内部von Mises应力及应变峰值,提高叶片疲劳寿命,其中蒙皮耦合叶片降幅最大而主梁耦合叶片降幅最小,尤以蒙皮耦合叶片θ=20°减载效果最佳;弯扭耦合叶片切应力大多高于传统叶片,仅蒙皮耦合叶片θ=20°最大切应力低于传统叶片;叶片的弯扭耦合特性对其稳定性产生一定影响,其中主梁耦合叶片临界屈曲载荷降幅较大而其他弯扭耦合叶片有小幅上升,且一阶屈曲变形量均低于传统叶片.     

基于A-F类循环塑性理论的多轴局部应力应变法

提出预测缺口构件疲劳寿命的多轴局部应力应变法.采用Armstrong-Frederick (A-F)类循环塑性理论,描述具有非Masing特性的16MnR材料的循环塑性行为.结合A-F类循环塑性模型和增量式Neuber法,分析比例和非比例加载下缺口根部处的多轴应力应变状态.将局部应力应变应用于基于临界面的多轴疲劳损伤模型,对缺口构件进行疲劳损伤分析和疲劳寿命预测.分析结果表明,基于A-F类循环塑性理论的多轴局部应力应变法,能很好地描述缺口根部处的多轴应力应变状态,疲劳寿命的预测结果与试验数据基本吻合.     

随机加载下缺口局部应力应变的弹塑性有限元计算

根据材料在塑性变形后引起的各向异性和Bauschinger效应,利用Jhansale模型原理,对缺口件在随机加载下的缺口根部的局部应力和应变进行弹塑性有限元分析,有限元分析采用了随动强化模型,并考虑材料瞬态局部应力应变的响应特性,最后,将本文有限元的局部应力应变历程分析结果与工程上常用的Neuber法进行了比较。     

超小型化弯扭组合实验装置的设计

提出了老式弯扭组合实验设备的缺点，通过对所测点A、B处应力应变状态分析，确立了设计超小型化弯扭组合实验装置的理论基础、设计原则，设计出了体积小，加载简单，结构尺寸合理，精度高的超小型化弯扭组合实验装置。     

随机疲劳寿命预测的局部应力应变场强法

在应力场强法研究的基础上，提出了缺口疲劳损伤局部应力应变场强方法，该方法可同时考虑缺口根部局部应力应变梯度对疲劳损伤的影响。通过对缺口件进行随机交变加载下的弹塑性有限元分析，给出一种随机疲劳寿命预测的局部应力应变场强方法，由该法来预测缺口件疲劳裂纹形成寿命，经初步验证，其精度要高于传统的局部应力应变法。