磨损加疲劳载荷下的协同疲劳行为

自行研制的摩擦磨损装置与轴向疲劳试验机相互配合,实现GDL-1钢试样在疲劳应力(240~280 MPa)及接触载荷(30 N)作用下摩擦磨损疲劳试验.通过对磨损层厚度的分析,研究试样承受摩擦磨损载荷及拉压疲劳载荷双重作用下的疲劳寿命变化,用SEM扫描电镜观察分析次表层内疲劳裂纹扩展的演变过程,并采用Hertz线弹性理论和Smith接触理论计算分析摩擦表面以下切应力值.结果表明:在磨损疲劳载荷作用下,形变层的流变作用将显著影响疲劳小裂纹扩展方向,渐趋于切应力方向,从而提高试样疲劳寿命.在此基础上,建立了在摩擦磨损疲劳载荷下疲劳裂纹扩展模型.此外,计算可知在距表层深度0.03 mm处切应力最大,0.18 mm以内材料产生塑性变形,导致形变层的形成.     

基于微-细观机理的混凝土疲劳损伤本构模型

该文致力于混凝土疲劳损伤发展机理的微细观解释. 以速率过程理论为基础,通过考虑裂纹断裂过程区中的水分子动力作用,在细观尺度上建立了具有物理机理的疲劳损伤能量耗散表达式. 结合细观随机断裂模型,以宏观损伤力学为框架,建立了疲劳损伤演化方程. 通过数值模拟,计算了单轴受拉时的疲劳损伤演化以及不同加载幅度下的疲劳寿命. 与相关试验结果的对比显示出该文模型能够很好地表现混凝土材料的疲劳损伤演化过程.      

复合材料厚壁圆筒的疲劳损伤研究

基于能量耗散法,推导出了复合材料厚壁圆筒的疲劳损伤和疲劳寿命函数;在此基础上,采用有限元软件 ABAQUS 建立复合材料圆筒模型,进行了模拟周期内压载荷作用下的疲劳仿真计算,得到了随着循环数的增加,疲劳损伤变量不断增大和材料性能不断退化的损伤规律。以同样的方法和载荷边界条件计算了全金属圆筒疲劳损伤的起始和演化。对比结果表明：相同循环次数作用下,后者的裂纹扩展长度和张开位移更大;随着循环次数的增加,后者的疲劳破坏比前者更剧烈,更难预测。     

粉末冶金涡轮盘简单模拟件低周疲劳寿命研究

采用光滑圆棒试样和带孔平板试样,对不同温度下的镍基粉末高温合金(FGH95)的低周疲劳(LCF)寿命进行了试验研究和有限元分析。在详细分析试验和有限元计算结果的基础上,提出了复杂应力状态下的低周疲劳寿命模型。模型寿命表达为真实应力幅的函数,模型参数由不同应力水平加载作用下的光滑圆棒试样试验结果给定,进一步采用涡轮盘简单模拟件即带孔平板试样对比验证LCF寿命模型的有效性。有限元计算结果显示,理论预测寿命与试验结果能很好地吻合。     

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.     

谱荷载下剩余强度衰减的混凝土疲劳寿命可靠性分析

在Ｓ－Ｎ曲线的基础上，建立了一个描述混凝土剩余强度衰减的模型，并利用该模型对在谱荷载作用下混凝土试件的疲劳寿命及其可靠性进行了分析，得到疲劳寿命基于三参数Ｗｅｉｂｕｌｌ分布的分布函数．通过试验验证了该方法得出的结果是可靠的，且计算简便，便于在工程中应用．     

长期载人航天器舱内金属构件盐雾腐蚀疲劳寿命预估的损伤力学方法

根据热力学原理分别建立了预估单纯疲劳载荷作用下和单纯腐蚀环境下长期载人航天器舱内金属构件的损伤演化方程;并建立了疲劳载荷作用下和预腐蚀疲劳作用下光滑标准件的疲劳寿命预估方法;根据所建立方法和无腐蚀、预腐蚀条件下标准件的疲劳试验结果,建立了损伤演化方程中材质参数的识别方法;最后,建立了长期载人航天器舱内金属构件盐雾腐蚀疲劳寿命预估的损伤力学方法。计算结果与试验结果相比误差在5%以内,二者吻合较好。本文研究可为其他金属构件的预腐蚀和腐蚀疲劳寿命预估提供参考。     

一种基于耗散能计算的高周疲劳参数预测方法

在热力学框架下,基于薄板假设,建立金属材料薄板试样在高周疲劳载荷作用下的热传导方程,将试样温度场数据和实时载荷信号导入,准确计算与高周疲劳损伤相关的单个循环内耗散能. 基于该方法,以316L不锈钢材料为例,通过实时监测试样不同应力水平下高周疲劳破坏全过程中耗散能的变化,拟合出耗散能-疲劳寿命曲线,呈现与传统的应力-疲劳寿命曲线相同的规律;提出一种新的预测高周疲劳极限的能量法,确定的疲劳极限与实验值相近.     

冰区海洋平台的时变疲劳可靠性分析

冰区海洋平台在交变冰力作用下的管节点疲劳是影响平台安全的主要因素。本文结合现有的冰疲劳环境荷载及冰力谱函数,提出了相对于冰速、冰厚随机冰载的管节点应力幅显式近似计算公式;将海洋平台管节点的全寿命划分为裂纹萌生和扩展两个阶段,分别采用S-N曲线法和Paris公式来计算相应的寿命;并考虑了管节点抗力随时间的衰减,得到了时变疲劳可靠性计算公式;最后对渤海JZ20-2 MSW平台进行时变疲劳可靠性分析。结果表明,本文提出的疲劳应力幅近似计算方法和时变可靠性分析方法是合理有效的。     

腐蚀条件下飞机结构疲劳寿命评定技术的试验验证

一般环境下飞机结构疲劳寿命评定技术已相对成熟,而建立在模拟试验基础上的腐蚀条件下飞机结构疲劳寿命评定技术目前尚不完善.本文通过退役飞机全尺寸结构疲劳试验结果与对应的关键部位腐蚀条件下疲劳寿命评定结果的对比分析方法,验证腐蚀条件下飞机结构疲劳寿命评定方法,同时提出了用已服役多年飞机全尺寸结构疲劳试验结果修正地面停放腐蚀修正系数曲线及加速环境谱当量加速关系的方法.     

A stochastic theory of cumulative fatigue damage

A stochastic theory for the cumulative fatigue damage of structural components with random fatigue strength under random loading is proposed on the basis of Stratonovich-Khasminskii theorem. The analytical solutions for the probability densities of the cumulative fatigue damage and fatigue life and for the reliability function are given for steel and reinforced concrete components with constant fatigue strength subject to a narrow band stationary Gaussian stress process with zero mean. The results agree very well with those of digital simulation. It is noted that the theory can be applied, in principle, to both metallic and non-metallic materials, narrow band and wide band stress process, and adapted to a sequence ofn, stationary stress processes or quasi-stationary stress process. The scatter and degradation of fatigue strength and the inspection maintenance can also be incorporated into the theory.     

疲劳损伤临界值分析

通过对疲劳过程和疲劳失效的临界状态的分析，提出疲劳失效判据应与损伤程度和应力水平两个因素有关，并在试验的基础上建立了一个剩余强度退化的对数模型。根据疲劳过程中材料强度退化的事实及其规律。分析了损伤临界值与循环应力水平之间的关系，给出了一般应力水平下疲劳损伤临界值的范围，对于随机疲劳问题，给出了损伤临界值的分布规律。     

两级载荷下复合材料层板疲劳与寿命预测

研究了复合材料层板疲劳过程中的累积应变演化规律，建立了以累积应变为基础的非线性积累损伤法则，实验结果表明：文中提出的累积应变方法能够较好地反映加载次序效应，准确地预测了复合材料层板在两级载荷下的疲劳寿命。     

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。本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。     

Fatigue life predictions by integrating EVICD fatigue damage model and an advanced cyclic plasticity theory

An event independent cumulative damage (EVICD) fatigue prediction model was previously developed for the fatigue damage prediction under general multiaxial stress state and loading conditions. The model takes the plastic strain energy as the major contributor to the fatigue damage. The application of the EVICD model does not require a cycle counting method for general random loading. In the current effort, derivations were made to explicitly and directly relate the material constants in the fatigue model to the parameters in the Manson–Coffin equations and the cyclic stress–strain curve of the material. In addition, an advanced cyclic plasticity theory was implemented for the determination of the detailed stress–strain response that was required as the input for the EVICD fatigue model. Three metallic materials were used to demonstrate the capability of the modified fatigue model for the predictions of fatigue lives under different loading conditions. The results show that the fatigue model can provide fatigue life predictions in close agreement with the experimental observations.     

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。     

Effect of low cycle fatigue pre-damage on very high cycle fatigue

Carbon-manganese steel is often applied in components of pipes in nuclear plant. Ultrasonic fatigue tests following low cycle fatigue (LCF) cycles damaged are used to study the strength of very high cycle fatigure (VHCF). The comparison of test results of simple VHCF and cumulative fatigue (LCF plus VHCF) shows that LCF load influences the following VHCF strength. Continuum damage mechanics model is extended to VHCF region. The effect of LCF load on VHCF is studied by an improved cumulative damage model.     

Evaluation of the probability distribution of pitting corrosion fatigue life in aircraft materials

Corrosion and fatigue properties of aircraft materials are known to have a considerable scatter due to the random nature of materials, loading, and environmental conditions. A probabilistic approach for predicting the pitting corrosion fatigue life has been investigated which captures the effect of the interaction of the cyclic load and corrosive environment and all stages of the corrosion fatigue process (i.e. the pit nucleation and growth, pit-crack transition, short- and long-crack propagation). The probabilistic model investigated considers the uncertainties in the initial pit size, corrosion pitting current, and material properties due to the scatter found in the experimental data. Monte Carlo simulations were performed to define the failure probability distribution. Predicted cumulative distribution functions of fatigue life agreed reasonably well with the existing experimental data. The project supported by SRF for ROCS, State Education Ministry of China, and the Society for the Promotion of Science (JSPS) of Japan (JSPS-P02042)     

谐振载荷作用下工程结构振动疲劳寿命预估的损伤力学-有限元法

建立了预估谐振载荷作用下结构振动疲劳寿命的损伤力学-有限元方法。首先根据损伤热力学原理,构建了损伤演化方程,建立光滑试件在恒幅应变交变载荷作用下寿命预估方法;进一步由损伤力学守恒积分原理,得到恒幅重复载荷作用下应力与寿命的关系式;然后根据标准件疲劳试验结果,拟合得到损伤演化方程中的材质参数;最后利用APDL语言编程对ANSYS软件进行了二次开发,借助ANSYS软件对谐振载荷作用下结构振动疲劳裂纹萌生寿命进行预估。作为算例,本文利用该方法预估了LC9CgS1铝合金梁谐振载荷作用下疲劳裂纹萌生寿命。     

疲劳过程中的能量耗散和疲劳寿命的预测

试验测量了A3钢和铝合金LY12CZ在疲劳过程中的耗散能密度与应力幅的关系和破坏时的临界累积耗散能密度。通过一系列不同加载频率和应力比的比较试验,结果表明耗散能密度与应力幅的关系和临界累积耗散能密度在不同加载频率下变化不大,但是受应力比的影响较大。本文还建立了临界累积耗散能密度疲劳寿命预测判据,并用此判据进行了带中心孔板条构件的疲劳寿命预测,取得了较好的结果（误差在25％以内）。这种方法对于构件局部的疲劳主要由一个方向应力控制的工程问题,使用简便有效。