FRP疲劳累积损伤理论研究进展

纤维增强树指复合材料（FRP）已成为高性能结构的先进材料。本文对FRP疲劳累积损伤理论作了详细的回顾,它们可分为剩余寿命模型、剩余刚度模型、耗散能模型、Markov链模型和其它经验公式。还用两个大样本实验数据对这些模型作了分析对比,结果表明:除Yao和Himmel的剩余强度模型略优一些,其它模型则与传统的Miner模型不相上下。      

疲劳可靠性二维概率MINER准则

给出在裂纹起始阶段疲劳损伤演化规律的四个基本假设，即单调增、无耦合、可分高、不相交，由损伤力学原理得到等幅加载下个体Ｄ－Ｓ＿ａ－Ｓ＿ｍ－Ｎ等损伤曲面，推导出二维个体Ｍｉｎｅｒ准则，进而建立了母体在变幅以及随机时间历程加载下的二维概率Ｍｉｎｅｒ准则（Ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＰｒｏｂａｂｉｌｉｓｔｉｃＭｉｎｅｒ’ｓＲｕｌｅ，即ＴＰＭＩＮＥＲ），并用测度论给予了证明．试验数据验证结果显示ＴＰＭＩＮＥＲ的预测值与试验值吻合良好，对工程结构疲劳可靠性分析有较好的应用价值．     

随机载荷作用下结构疲劳损伤的累积

本文提出了一种计算在随机载荷作用下具有随机疲劳强度的结构的累积疲劳损伤与疲劳寿命的概率密度函数及可靠性函数的方法.对在平稳窄带高斯随机应力作用下的金属与钢筋混凝土构件,给出了上述函数的解析表达式.数例计算表明,理论结果与数字模拟结果颇为吻合.     

线性疲劳累积损伤准则适用性评估

本文将线性疲劳累积损伤理论分为3类:(1)等损伤线性疲劳累积损伤理论;(2)变损伤线性疲劳累积理论;(3)等损伤线性分阶段疲劳累积损伤理论.对每类理论分别从理论基础、材料常数、引入的参量及工程应用等方面进行分析,归纳出典型模型,并利用金属材料的两级谱、多级谱和随机谱试验数据进行了评估.最后,从理论基础和数据评估两方面进行综合评述,得出了不同类型的模型的适用范围和计算效果,对工程实践具有参考价值.     

二级加载下疲劳可靠性分析

基于二维概率Miner准则,建立了在二级变幅加载下进行疲劳可靠性分析的系统方法并采用八组较大子样的二级低高和高低加载下的试验数据进行了验证、结果表明;本文方法初步实现了对第一级加载后的剩余疲劳寿命和二级加载下的疲劳总寿命进行较为准确的可靠性预测,预测值与试验值吻合良好     

腐蚀环境作用后LC4铝合金疲劳累积损伤竞争模型

日历腐蚀环境作用后材料或结构件的疲劳累积损伤规律是科学地确定飞机结构日历寿命的关键，为此本文进行了多种“疲劳 腐蚀”模式的损伤累积试验，研究了“机械栽荷”和“腐蚀载荷”的相互影响，提出了腐蚀环境作用后疲劳累积损伤的竞争模型。与实验结果的比较表明在“疲劳 腐蚀 疲劳……”的加载模式下竞争模型与试验结果吻合较好。     

疲劳线性累积损伤理论的α值实验验证

对疲劳累积损伤临界值进行了实验验证.首先进行了某构件三种随机载荷谱下的疲劳试验,测定了其谱载下的疲劳寿命T;再对载荷谱进行雨流计数,得到了各应力水平的循环次数n;利用疲劳性能Sα-Sm-N曲面,确定了构件在各应力水平单独作用下的疲劳寿命N;最后,根据 Miner公式,估算出各构件的疲劳累积损伤临界值（α值）.根据分析结果推测:α值是一个均值为1的随机变量.     

阵风谱载下疲劳寿命可靠性预测

基于二维概率MINER准则,建立了在阵风谱载下对结构构件疲劳寿命进行可靠性预测的方法.根据一组LY12-CZ铝合金中心孔试件的疲劳试验数据对上述方法进行了较为成功的验证,验证结果表明本文方法的预测值与试验值吻合良好,具有较好的工程实用价值.     

多轴非线性连续疲劳损伤累积模型的研究

根据所建立的单轴非线性疲劳损伤累积模型,在多轴疲劳损伤临界面原理研究的基础上,针对多轴比轴比例加载,建立了多轴非线性连续疲劳损伤累积模型,该模型可以考虑多轴疲劳极限、平均静水应力以及损伤参量与加载参数的不可分离的特点,并且能够反映出多轴加载顺序的影响,最后讨论了该多轴疲劳损伤累积模型在多级加载下的递推形式,经多轴二级及块载疲劳试验数据验证表明,用该模型预测多轴疲劳寿命,其结果令人满意。     

焊接结构长寿命区疲劳累积损伤的概率模型

根据焊接结构在各种随机谱载荷下长寿命区疲劳试验的有关资料,对变幅载荷下焊接结构在长寿命区疲劳累积损伤的分布规律进行了统计分析,根据长寿命区疲劳高度离散性的特点,提出了一种变标准差的概率设计模型。     

元件疲劳可靠性估算方法

对近年来国内外在元件疲劳可靠性估算方法方面所做的研究作了系统的回顾和讨论,按安全余量方程将其分为三类：累积损伤模型、乘余强度模型和疲劳寿命模型,并对这三种模型的特点及局限性作了分析论述,对元件疲劳可靠性分析的发展趋势作了讨论。     

疲劳设计方法的进展

本文对早期疲劳设计方法,包括无限寿命设计、安全寿命设计、破损-安全寿命设计、损伤容限设计作了简单的回顾,对可靠性设计新方法作了详尽描述,同时还对疲劳寿命估算中的名义应力法与局部应力应变法进行了比较,最后对今后这课题的研究提出了一些建议。     

航空发动机涡轮盘裂纹萌生寿命的估算方法

针对航空发动机涡轮盘裂纹萌生寿命的估算问题，给出一个全新的损伤参量。该损伤参量结合了分析多轴疲劳的临界面方法，“应力功”的概念和疲劳破坏的微观机制。依据该损伤参量，利用有限元程序和自编程序计算得出损伤参量和疲劳循环次数的关系，建立以这一损伤参量为基础的疲劳损伤累积模型，进而估算涡轮盘裂纹萌生寿命。     

既有铁路钢桥剩余疲劳寿命的概率性评估

中国铁路线上大量既有钢桥承受着日益繁重的交通荷载,其疲劳剩余寿命与使用安全已受到桥梁管理部门的高度重视,为避免不必要的维护与更换,应建立合理的既有钢桥使用安全评估方法。在建立能反映铆接钢桥疲劳破坏机理的脆断和韧断概率失效模型基础上,给出了疲劳可靠性分析的极限状态方程,并合理确定了随机变量的参数取值。建立了铆接钢桥构件双角钢概率疲劳破坏模型,基于Monte Carlo算法实现了铆接钢桥构件双角钢疲劳断裂失效概率的计算,编制了相应的概率断裂分析程序DAPFF。进而将概率断裂力学评估方法应用于京九线赣江桥的时变疲劳可靠度分析,并给出了赣江桥概率疲劳剩余寿命评估结果与维护对策。     

薄壁圆管空间结构的热疲劳可靠性分析

针对薄壁圆管的空间结构,分析其在交变热载荷下的疲劳可靠性问题.为同时考虑由截面平均温度和截面温差造成的疲劳损伤,提出了综合利用剩余强度和疲劳累积损伤模型的分析方法.首先根据疲劳累积损伤相等原理,将截面温差造成的多级扰动应力载荷作用频次等效为平均温度下的常幅应力载荷作用次数,从而将两者产生的热应力载荷统一为一常幅载荷,再利用剩余强度模型基于动态应力强度干涉理论对疲劳可靠度进行分析,得到了结构在综合考虑两种热疲劳状态下的动态可靠度.该方法可避免直接利用疲劳累积损伤理论临界损伤值难以确定的问题,且能体现金属疲劳损伤的真实情况.最后以哈勃望远镜为例,分析了其主梁随疲劳热载荷循环作用下的动态可靠度,得出了一些有意义的结论.