考虑疲劳本构随机性的结构应力疲劳可靠性分析方法

提出考虑疲劳本构关系随机性的结构应力疲劳可靠性分析方法。视循环本构模型的材料常数为相关随机变量,考虑存活概率和置信度2个概率测度,与疲劳试验有机结合,应用极大似然原理建立随机疲劳本构的概率模型。随机疲劳强度即概率S－N关系也用2个概率测度下表征,并考虑从中短到长寿命阶段的可能工程实践范围。基于载荷史服从疲劳本构关系产生随机应力载荷、给定寿命时概率S－N关系揭示结构强度分布的观点,建立随机应力载荷—强度干涉可靠性分析模型,可实现任意概率水平的可靠性寿命预测和可靠度评定。中国铁路货车RD2型车轴的可靠性寿命预测和可靠性评定,说明了方法的有效性。     

铁路货车转向构架B级铸钢的疲劳极限及损伤

研究中国铁路货车转向架B级铸钢的概率疲劳极限。研究中采用小子样升降法疲劳试验,揭示出该材料的疲劳裂纹主要萌生于铸造缺陷;在较低应力幅范围,裂纹扩展韧性有所降低,但仍呈现典型疲劳河流与阶梯状花纹及辉纹,并伴随有二次裂纹,属于韧性疲劳特征。视疲劳极限定义为期望寿命下服从正态分布的疲劳强度,应用极大似然法测定概率疲劳极限。与现有常规法、DIXON-MOOD法和ZHANG-KECECIOGLU法比较,证明极大似然法是唯一满足给定寿命的疲劳强度定义,效果良好的方法。针对其他方法,尤其是ZHANG-KECECIOGLU法,给出分散性与偏差较大的预测。     

考虑概率与置信度的疲劳裂纹扩展率模型及其参数测定方法

提出了一种描述随机疲劳裂纹扩展的概率模型,考虑了数据随机特性(即存活概率问题)和样本数量(即置信度问题)两方面对概率评价的影响。模型建立在从优化拟合效果和进一步利用试验信息角度改进后的Paris公式基础上。考虑整套试验数据的随机特性,利用极大似然法原理和数学规划法求解模型参数。对16MnR钢试验数据的分析验证了模型和方法的有效性。     

应变疲劳可靠性分析的新进展与展望

应力分析较难考虑材料本构分散性和适用于弹塑性条件.未来解决结构失效问题趋向于应用应变知识.应变疲劳可靠性分析是其中的重要问题之一.现有方法仅适于缺乏试验数据时的近似分析.近期完成的一系列试验与理论研究,揭示了材料的循环应力—应变(CSS)响应存在分散性.从宏微观结合角度提出了“有效短裂纹准则”,较好地揭示了疲劳损伤及其演化的机制,说明了产生这一分散性的本质原因.考虑所有材料常数的随机性和相关性,提出了描述随机CSS响应与循环应变—寿命关系的统计模型.进一步考虑应变载荷—强度干涉,建立了新的基本分析方法.值得进一步研究的重要课题是,建立考虑平均应变/应力和多轴效应的方法,以及建立新的基于短裂纹行为理论的概率应变损伤容限设计与安全评价方法.     

对2024铝合金疲劳裂纹扩展寿命进行预测

通过二维弹塑性有限元计算得到Ⅰ型静态裂纹在常幅疲劳载荷下裂纹尖端塑性应变能,进而获得裂纹尖端塑性应变能和应力强度因子幅值的非线性关系;根据能量平衡概念,建立了裂纹扩展速率与裂纹尖端塑性应变能的关系。由此得到一种基于裂纹尖端塑性应变能的疲劳裂纹扩展寿命预测模型,利用该模型预测了中心裂纹平板的疲劳裂纹扩展寿命,预测结果与试验值吻合得很好。     

广义P-S-N曲线参数估计的实现方法

针对三参数应力一寿命模型，提出了广义P-S-N曲线参数估计的实现方法。该方法基于广义极大似然法原理，应用相关系数法和数学规划法分别求解均值曲线和均方差曲线参量，然后应用相关系数法求解概率曲线参量。通过对45铜成组法疲劳试验获得的洲数据的分析，验证了该实现方法的有效性。     

C级铸钢重构S-N曲线模型的研究

给定若干概率水平的常规疲劳可靠性S-N曲线只能做相应概率水平的疲劳设计与寿命预测,要实现任意可靠性水平的疲劳设计、寿命预测和失效率分布规律估计,需要重构广义概率疲劳可靠性S-N曲线.首先应用Monte Carlo模拟技术在可接受的误差范围重构C级铸钢的疲劳极限和成组法S-N数据,然后应用广义极大似然法测定其中短寿命范围的可靠性S-N曲线,最后应用概率疲劳极限外推法获得该材料长寿命范围的合理疲劳概率S-N曲线.     

某型飞机机翼Ⅱ梁框疲劳寿命研究

某型飞机机翼Ⅱ梁框是重要的受力部件,必须准确估计疲劳寿命,以预防疲劳事故的发生。采用名义应力法和局部应变法两种方法及Miner累积损伤理论估计疲劳裂纹形成寿命;在随机载荷谱转化为等幅载荷谱的基础上通过Walker方程求得疲劳裂纹扩展寿命,从而估算出某型飞机机翼Ⅱ梁框的疲劳寿命。估算结果与试验结果吻合很好。     

齿轮R─S─N曲线统计法

本文通过建立齿轮疲劳寿命和应力的二维概率模型，并采用极大似然法对模型中的参数进行估计，可方便准确地获得齿轮的Ｒ—Ｓ—Ｎ曲线，并能减少试件。通过实例证明此方法是可行的和有效的。     

基于应变的疲劳可靠性分析新方法

应用随机循环应变载荷－强度干涉模型，建立了基于应变的疲劳可靠性分析新方法。新考虑了材料循环应力－应变响应的分散性。与现有方法不同，材料常数视为非独立随机变量，来自于试验数据的回归结果。随机循环应力－应变行为和循环应变－寿命关系分别采用概率曲线来描述。循环应变载荷和强度的概率密度函数可显式分别由这些曲线求得。方法可方便拓展到如现有方法确定性循环应力－应变模型情形。核工程材料？１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢管道焊缝金属的试验结果分析说明了方法的有效性。     

概率循环应变—寿命曲线及其估计方法

引入了概率循环应变—寿命曲线描述低周疲劳循环应变—寿命试验数据的分散性。应用线性回归方法和极大似然法原理 ,发展了曲线及其置信限的估计方法。方法采用经验证的良好假设分布即对数正态分布模拟疲劳寿命的分散性。基于Coffin Manson律 ,将曲线近似表征均值和均方差循环应变—寿命曲线的形式。任意可靠度下的疲劳分析可方便地根据正态分布进行。与现有独立随机变量观点不同 ,材料常数视为关联随机变量。1Cr18Ni9Ti不锈钢管道焊接头试验数据分析验证了方法的有效性。     

概率循环应力－应变曲线及其估计方法

试验揭示了核工程材料1Cr18Ni9Ti不锈钢管道焊缝金属的循环应力－应变响应存在很大分散性。意味着任何外载,即使恒幅条件,将产生随机应变加载史。为保证设计分析的安全性,引入了称为“概率循环应力－应变曲线”的表征方法。应用线性回归技术和极大似然法原理,给出了概率曲线及其置信限的估计方法。以经过验证的良好假设分布——正态分布模拟循环应力幅的随机性。概率曲线表征为均值和均方差循环应力－应变幅曲线的形式。任意可靠度下的分析可方便地根据正态分布函数完成。材料低周疲劳试验结果分析说明了方法的有效性。     

PROBABILISTIC METHODOLOGY OF LOW CYCLE FATIGUE ANALYSIS

The cyclic stress-strain responses (CSSR), Neuber's rule (NR) and cyclic strain-life relation(CSLR) are treated as probabilistic curves in local stress and strain method of low cycle fatigue analy-sis. The randomness of loading and the theory of fatigue damage accumulation (TOFDA) are consid-ered. The probabilistic analysis of local stress, local strain and fatigue life are constructed based on thefirst-order Taylor's series expansions. Through this method proposed fatigue reliability analysis can beaccomplished.     

压力容器受低周疲劳裂纹萌生寿命的可靠性分析

由于压力容器构件的不确定因素,造成了构件局部应力应变响应和疲劳寿命具有随机性。通过将循环迟滞回线,应变寿命曲线表示为概率曲线,并考虑累积损伤的随机性,反映了构件的不确定性。使用Taylor多项式计算局部应力应变的均值和方差,并求出构件疲劳萌生寿命的均值和方差。计算了一定可靠性下的疲劳萌生寿命,得出在一定使用寿命时,结构的可靠度曲线。算例表明,它在疲劳寿命的可靠性估计中的应用及其工程意义。     

概率循环应变－寿命曲线及其估计方法

引入了概率循环应变－寿命曲线描述低周疲劳循环应变－寿命试验数据的分散性。应用线性回归方法和极大似然法原理,发展了曲线及其置信限的估计方法。方法采用经验证的良好假设分布即对数正态分布模拟疲劳寿命的分散性。基于Ｃｏｆｆｉｎ－Ｍａｎｓｏｎ律,将曲线近似表征均值和均方差循环应变－寿命曲线的形式。任意可靠度下的疲劳分析可方便地根据正态分布进行。与现有独立随机变量观点不同,材料常数视为关键随机变量。１Ｇｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢管道焊接头试验数据分析验证了方法的有效性。     

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。     

RESEARCH PROGRESS ON STRUCTURAL FATIGUE RELIABILITY DESIGN AND ANALYSIS METHODS OF CHINESE RAILWAY VEHICLES

A state-of-art review is given to the new advances on fatigue reliability design and analysis methods of Chinese railway vehicle's structures.First,the structures are subject to a complicated random fatigue stressing history and this history should be determined by combining dynamic simula- tion and on-line inspection.Second,the random fatigue constitutions belong to an intrinsic fatigue phenomenon and a probabilistic model is developed to well describe them with two measurements of survival probability and confidence,similar model is also presented for the random stress-life rela- tions and extrapolated appropriately into long fatigue life regime.Third,concept of the fatigue limit should be understood as the fatigue strength at a given fatigue life and a so-called local Basquin model method is proposed for measuring the random strengths.In addition,drawing and application methods of the Goodman-Smith diagram for integrally characterizing the random fatigue strengths are established in terms of ten kilometers.Fourth,a reliability stress-based method is constructed with a consideration of the random constitutive relations.These new advances form a new frame work for railway fatigue reliability design and analysis.     

16MnR钢在不同应力比下的疲劳裂纹扩展的试验研究及模拟

采用3.8 mm厚带有圆形缺口的CT试样,研究了16MnR钢在不同应力比的恒幅循环载荷作用下的疲劳裂纹扩展。开发了一种基于疲劳损伤的方法来模拟疲劳裂纹扩展速率。将16MnR钢的循环塑性本构模型通过用户材料子程序UMAT嵌入到ABAQUS中。把有限元计算得到的疲劳裂纹尖端附近区域的弹塑性循环应力应变结果,代入到疲劳损伤模型中,得到每个加载循环在裂尖各点产生的疲劳损伤值。通过疲劳损伤准则,导出疲劳裂纹稳定扩展速率的计算公式。疲劳裂纹扩展试验验证了模拟结果。实验结果和模拟结果都表明,该试样厚度下,应力比对裂纹扩展速率几乎没有影响。