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.     

混凝土多轴疲劳损伤

混凝土复杂应力状态下的疲劳损伤公式可由单轴应力状态下的疲劳公式推广而得，应用时只需采用与混凝土静破坏准则相适应等效应力代替单向应力，等效应力最大处即为疲劳破坏起源处。     

多轴载荷下AI-Mg-Si合金的循环特性及其机理

目的研究Al-Mg-Si合金在多轴比例和非比例载荷下的疲劳循环特性及其微观机理，为疲劳寿命估算公式的建立提供理论依据．方法宏观力学实验分析循环特性．结合透射电子显微镜分析不同加载路径下和不同的等效应力幅下的疲劳材料的位错结构特征．结果相同加载路径下，随着等效应力幅的提高，疲劳寿命降低，材料的循环硬化越来越显著，位错结构由不明显的交叉滑移过渡到明显的“迷宫”状特征．结论Al-Mg-Si合金的循环特性对加载路径和等效应力幅有强烈的依赖性，硬化越显著疲劳寿命越低．     

一种新的多轴低周疲劳损伤参量

利用轴向和周向应变幅的最大值合成一个新的等效应变幅作为多轴疲劳损伤参量,考虑不同加载路径导致轴向和周向出现的平均应力的影响,结合Manson-Coffin方程提出了一个新的损伤模型．该模型经高温GH4169合金、45~#钢、Inconel 718钢和高温304不锈钢4种材料的多轴疲劳试验验证表明,寿命误差基本分散在2个因子之内．     

橡胶球铰疲劳裂纹扩展寿命预测

通过橡胶纯剪试样疲劳裂纹扩展试验,得出了裂纹扩展速率与撕裂能之间的关系;以单位撕裂能范围为损伤参量,建立了复杂应力状态下的橡胶疲劳裂纹扩展寿命预测模型.基于ABAQUS有限元结构分析和橡胶材料等效应力计算方法,得出橡胶球铰在疲劳载荷下的单位撕裂能范围;对橡胶球铰的疲劳裂纹扩展寿命进行分析预测,并通过产品台架疲劳实验进行验证,结果表明橡胶球铰经过200万次疲劳试验后无明显裂纹,没有发现失效破坏,与寿命预测值基本吻合.     

缺口件局部应力-应变关系影响因素的研究

为了分析缺口件局部应力-应变关系的影响因素,利用有限元方法对多轴循环载荷下的中心圆孔缺口试件进行了弹塑性有限元分析,讨论了应力幅、平均应力以及多轴性对缺口部位局部应力-应变关系的影响.结果表明:正应力幅和多轴载荷影响迟滞回线的形状,表征着材料的损伤,是疲劳分析中的重要因素;平均应力不影响迟滞回线的面积,对损伤没有影响,它主要影响迟滞回线中心的位置,在疲劳分析中须引入平均应力修正.     

基于有限元和多体动力学联合仿真的疲劳寿命预测

针对运动机构部件多轴疲劳载荷历程提取困难等问题，提出了基于联合仿真的疲劳寿命预测方法.结合有限元方法和多体动力学仿真分析获得部件的工作载荷历程，然后通过有限元方法和疲劳分析联合求解，预测部件的疲劳寿命.在动力学仿真部分，采用模态综合法获取部件的应力及载荷历程信息.寿命预测采用多轴裂纹萌生疲劳分析，其中部件的多轴特性通过二轴分析获得.以发动机曲轴部件为例，叙述了设计流程的应用过程.应用结果表明，该方法可以对疲劳事故的原因进行诊断，并且可以作为采用工艺强化措施的依据     

多轴变幅加载下GH4169合金疲劳寿命预测

对于GH4169合金进行多轴变幅加载,非比例附加强化效应是影响疲劳损伤的重要因素.使用可反映非比例附加强化效应及体现材料弹塑性状态的疲劳损伤模型对损伤曲线法进行修正.修正的损伤曲线模型不仅可考虑多轴载荷路径与载荷幅值的变化对疲劳寿命的影响,又可考虑多轴非比例附加强化效应同时不含材料常数.通过GH4169合金多轴变幅载荷块数据对该模型进行验证,其结果令人满意。     

三轴受压状态混凝土当量损伤本构模型

本文根据Ｈ－Ｔ－Ｃｈｅｎ的多轴受压状态下的破坏准则,引用了混凝土损伤力学的概念,提出了在多轴受压状态下的当量损伤模型。可以模拟混凝土在多轴受压状态下的应力应变关系,得到等效单轴受压的应力应变全过程曲线,并且可求得在不同侧压力情况下混凝土的极限抗压强度。本模型不仅可模拟混凝土多轴受力的应力应变过程,并为拱坝非线性全过程分析了依据。     

一种与路径相关的多轴低周疲劳寿命预测方法

已有研究指出,与比例加载相比,非比例加载下某些金属材料虽然没有明显的附加强化现象,但疲劳寿命却明显缩短.利用附加强化系数和非比例度因子修正的等效应变法,无法反映此类材料非比例加载下的寿命缩短现象,导致预测寿命通常偏于危险.为更好地预测不存在明显附加强化现象材料的多轴非比例疲劳寿命,引入寿命缩减因子的概念,并结合非比例度因子对ASME等效应变范围进行了修正,提出一种新的多轴低周疲劳寿命预测方法.为了便于应用,明确了寿命缩减因子的确定方法.针对不同加载路径,发展了一种基于最小法向应变范围的非比例度因子计算方法,并给出了多轴加载一般情形下最小法向应变范围的计算步骤.利用304不锈钢12种非比例加载路径下的试验数据验证了所提非比例度因子计算方法的精度,并与已有方法进行了对比分析,发现所提方法可以更好的描述加载路径的非比例程度.利用10种材料(包括7种不存在明显非比例附加强化现象的材料)的试验数据对所建疲劳寿命预测模型进行了验证,结果表明预测结果与试验结果吻合较好.     

锻造操作机钳臂结构的多轴疲劳分析

为了解决重载锻造操作机钳臂结构经常发生疲劳破坏的问题,应用有限元疲劳分析方法进行了研究.本文依据锻造操作机承受的最大载荷发生在锻造过程的实际,首先模拟了棒材加工中的主要锻压工序拔长并得到钳臂疲劳分析所需的载荷谱,然后对操作机钳臂结构进行了多轴评估和有限元疲劳分析.结果表明最危险拔长工况为矩形截面锻件且锻压位置最靠近操作机的工况,钳臂承受的是多轴比例加载状态;结构固有缺陷对疲劳寿命有很大影响.     

Experimental investigation on strength and deformation of plain high-strength concrete under multiaxial stress state

To investigate the strength and deformation behavior of plain high-strength concrete (HSC) under multiaxial stress states,a large static-dynamic true triaxial machine was employed,and multiaxial tests were performed on 100 mm×100 mm×100 mm cubes concrete specimens.Friction-reducing pads were three-layer plastic membranes with glycerine in-between for the compressive loading plane.The tensile loading plane of concrete samples was processed by attrition machine,and then the samples were glued up with the loading plate with structural glue.Failure modes of specimens were described.The principal static compressive strengths,strains at the peak stress and stress-strain curves were measured,and the influence of stress ratios on them was analyzed as well.Experimental results show that the ratio of the compressive strength σ3f over the uniaxial compressive strength fc depends on brittleness-stiffness of concrete besides stress state and stress ratios.The formula of Kupfer-Gerstle’s and Ottosen’s failure criterion for plain HSC under biaxial compression and multiaxial stress state is proposed respectively.     

镍基高温合金GH4169试件有限元分析与寿命预测

对光滑薄壁管进行了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光滑薄壁管进行了分析和计算。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,并用此方法对缺口试件危险点应力应变状态进行了分析。最后,用局部应力应变法预测该试件的疲劳寿命,得到较为理想的预测结果。     

多轴低周疲劳寿命预测方法研究

针对近年来的疲劳研究现状进行了初步分析,详细评述了多轴比例、非比例、常幅、变幅加载下低周疲劳寿命四种估算方法：临界平面法、等效应变法、能量法和临界面应变能密度法．对一些模型的应用范围和预测能力进行了讨论,并对今后的研究工作提出了建议．     

Review: Energy Methods for Multiaxial Fatigue Life Prediction

综述:多轴疲劳寿命预测中的能量法

仲政¹，芦迎亚²

（1.哈尔滨工业大学(深圳) 理学院，广东 深圳518055；2.联合汽车电子有限公司，上海201206）

摘要：材料和结构的疲劳断裂是工程应用中最常见的失效模式之一。多轴非比例加载下，大量材料表现出非比例强化效应，疲劳寿命大大减少。本文综述了多轴疲劳寿命预测中的能量方法，能量方法被分为三类：不考虑路径效应的能量方法、与临界面法相结合的能量方法、考虑路径效应的能量方法。在三类方法中，本文着重介绍了考虑路径效应的能量方法，因为该方法能够反映多轴疲劳问题中的非比例强化效应。

关键词：多轴疲劳，寿命预测，塑性功，非比例因子

     

基于临界面法的多轴低周疲劳损伤参量

为了更简便地预测多轴低周疲劳寿命,通过分析裂纹扩展特点和最大剪应变面上的最大剪应变和相应的法向应变变化特点,提出以最大剪应变平面作为损伤临界平面,将最大剪应变和相应的法向应变作为基本的多轴疲劳损伤参数,建立了基于临界面法的多轴低周疲劳损伤参量.对GH4169合金和45~#钢的寿命预测结果表明,该损伤模型误差基本在2个因子之内.     

基于临界面法的三参数多轴疲劳损伤模型

基于临界平面方法,提出一种能适用于拉-扭加载的多轴疲劳损伤模型.新的模型采用应力与应变的三参数相结合形式,不仅考虑了当前循环内临界面上最大剪应变范围和正应变变程对多轴疲劳损伤的贡献,还顾及了非比例附加强化效应和平均应力对多轴疲劳寿命的影响.该模型预测精度较高且本身不含有材料常数,便于实际工程应用.最后,将提出的多轴疲劳寿命估算模型结合Inconel 718钢、高温GH4169合金和高温Haynes 188合金等3种材料的多轴疲劳试验进行寿命预测验证,预测结果与试验结果吻合较好.     

高温多轴载荷下低周疲劳寿命预测

针对Mod.9Cr-1Mo铁素体钢进行550℃下多轴低周疲劳试验,定义主应变比用以考虑不同的比例程度对多轴疲劳寿命的影响.针对各路径和各幅值下的循环软化特性进行分析,对比结果表明：路径对循环软化特性的影响大于应变幅值对循环软化特性的影响,其软化程度随扭转载荷所占比例增加而增加.采用最大正应变方法、最大剪应变方法和von Mises等效应变法进行疲劳寿命预测,结果表明：最大正应变方法针对扭转路径得到的预测结果偏于安全;最大剪应变方法预测扭转路径较好,但对于单轴路径给出的预测结果过于不安全;等效应变法得到的预测结果偏于保守.     

广义八面体理论研究综述

在真三轴应力状态下,根据不同材料的破坏(屈服)面特征,依次采用三组破坏面对正六面单元体进行截取,则可得到一系列八面单元体(特别是岩土),亦即广义八面体,并进而可派生出其他相应的单元体,而已知的等倾八面体和双剪理论中的正交八面体则是其中的2类特征过渡单元体,由此构成了一个广义八面体单元体系.而不同单元体上的应力,则可通过双剪应力、静水应力和应力Lode参数建立起内在联系,并可据此对应力状态进行划分.在这一理论体系中,若首先考虑中间主应力和静水应力效应的情况,则可探究材料的多轴强度模型及其演变规律;其次,可根据材料的弹塑性理论,探究材料的强度、变形的本构关系;第三,可通过对建立在偏平面上的屈服方程,探索其演化规律.由此可初步建立起广义八面体理论体系的架构.进一步可在此基础上开展更为广泛的包括材料的弹-塑-粘、损伤、疲劳和蠕变等性征的内在规律,从而建立起较为完善的广义八面体理论体系.     

神经网络在混凝土多轴强度预测中的应用

目的 采用人工神经网络技术来处理混凝土多轴强度间的非线性关系．方法 运用BP网络模型对混凝土多轴强度试验数据进行分析，并与数学回归模型进行了比较．结果 研究表明。只要选取合适的隐层节点个数和最优化的网络结构，建立的神经网络模型可以合理地模拟具有复杂非线性关系的混凝土多轴强度模型．结论 该方法具有较高的预测能力，可以作为混凝土多轴强度准则研究的有益途径。