水工混凝土S-N和P-S-N曲线特性研究

在已知混凝土静压强度分布的基础上使用S－N曲线模型推导出一种疲劳寿命满足的分布，并对水工混凝土做了大量的等幅抗压疲劳试验。通过分析发现，实验数据能较好地符合该分布，同时得出了该种混凝土的S－N曲线和P－S－N曲线。     

铝合金切口件在四组变幅载荷下3.5%NaCl溶液中腐蚀疲劳裂纹起始寿命试验研究与估算模型

试验研究了铝合金切口件在4组变幅块谱下、3．5％NaCl溶液中腐蚀疲劳裂纹起始寿命．结果表明，变幅载荷谱中的大超载会显著延长腐蚀疲劳裂纹起始寿命，并且加载顺序具有明显的影响．根据反映大小载荷交互作用的超载腐蚀疲劳裂纹起始寿命曲线和Miner累积损伤定则，建立了变幅载荷下切口件腐蚀疲劳裂纹起始寿命估算模型，应用该模型估算的结果与试验结果相吻合．     

基于SWT方法的钢绞线索微动疲劳特性分析

为得到钢绞线索丝间接触区的应力场分布并预测微动疲劳裂纹萌生位置和微动疲劳寿命，本文利用参数化方法建立了精细化的钢绞线拉索有限元模型，包括整索模型和不同层丝间接触区域的局部精细化子模型．分析了钢绞线索在两种交变荷载工况下的应力场变化情况，并基于多轴疲劳SWT(Smith-Watson-Topper)临界平面法进行了疲劳特性分析和疲劳寿命预测．主要结论如下：钢绞线索内接触区边缘处的微动幅值较大，中心处几乎没有相对滑动，微动疲劳的初始裂纹萌生点位于接触区域边缘；经不同区域子模型分析比较，在轴向循环荷载作用下，外层钢丝的接触区域比内层钢丝更易发生微动疲劳损伤；在横向位移循环荷载作用下，同层钢丝因位置角度不同而产生了较大的疲劳特性差异，且相比轴向循环拉伸，该工况下最不利单丝的微动疲劳寿命更低；与非接触区域相比，接触区的疲劳寿命大幅降低，微动现象对钢绞线索的抗疲劳性能有明显降低作用．     

基于能量耗散分析的混凝土随机疲劳损伤模型

基于微-细观随机断裂模型(MMSF)发展了一类混凝土随机疲劳损伤模型。该模型将MMSF中的微弹簧视为一能量耗散单元并考察了其跨尺度的能量耗散过程。在纳观尺度,引入速率过程理论描述裂纹的扩展速度,并基于裂纹层级模型和自相似假定完成从纳观尺度到微观尺度的过渡。由此建立了微弹簧在疲劳荷载作用下的多尺度耗能描述。此外,为了考虑疲劳加载中混凝土多条裂纹的相互影响,引入了包含损伤扩展效应和损伤愈合效应的疲劳损伤因子来修正耗能表达。通过与相关试验的对比,证明了该模型能反映疲劳荷载作用下混凝土的主要力学行为,如疲劳损伤三阶段特点、疲劳寿命的离散性和疲劳寿命随加载频率的变化趋势等。     

缺口件疲劳寿命分布预测的有效应力法

本文提出了一种由光滑件疲劳寿命试验数据预测缺口件疲劳寿命分布的有效应力法。该方法中缺口件的裂纹可能萌生表面被分解成一个个微元，整个表面可看成是这些微元组成的一个串联模型，按照串联概率失效模型，缺口件的疲劳强度失效概率就可以由各微元的疲劳强度失效概率计算得到，其中微元的疲劳强度失效概率是由光滑件的疲劳强度失效概率通过最弱环节理论计算得到的。在缺口件的疲劳强度失效概率表达式中，引入了有效应力的概念，用它查取光滑件的疲劳寿命试验数据就可以直接得到缺口件的疲劳寿命分布。该方法可以同时考虑到应力梯度和试件尺寸对缺口件疲劳寿命分布的影响。进行了材料LY12CZ的带中心孔缺口件的寿命算例分析，预测结果和试验结果吻合良好，表明该方法是有效的。     

混凝土疲劳刚度衰减规律试验研究

对C15混凝土进行了大量的静载及恒幅疲劳试验研究，分析了疲劳加载过程中混凝土的刚度衰减规律，并以循环卸载割线弹性模量的衰减率为损伤因子建立了疲劳寿命与循环卸载割线弹性模量的数学模型，提出了通过较少循环的微损试验结果来预测混凝土疲劳寿命的方法．     

铝合金切口件在四组变幅载荷下3.5%NaCl溶液中腐蚀疲劳裂纹起始寿命 …

试验研究了铝合金切口件在４组变幅块谱下，３．５％ＮａＣｌ溶液中腐蚀疲劳纹裂起始寿命，结果表明，变幅载荷谱中的大超载会显著延长腐蚀疲劳裂纹起始寿命，并且加载顺序具有明显的影响，根据反映大小载荷交互作用的超载腐蚀疲劳裂纹起始寿命曲线和Ｍｉｎｅｒ累积损伤定理，建立变幅载荷下切口件腐蚀疲劳裂纹起始寿命估算模型，应用该模型估算的结果与试验结果相吻合。     

高周疲劳各向异性损伤问题研究

引用损伤力学方法研究金属构件疲劳问题，并采用微结构力学模型建立了各向异性疲劳损伤本构关系与附加力-有限元解法，以损伤划分步长预估了构件疲劳裂纹形成与扩展寿命．用这一方法预估30CrMnSiNi2A材料含缺口圆棒试件全寿命．结果表明，理论S—N曲线与试验S—N曲线吻合良好．该方法所需机时较少，可用于工程实际构件的疲劳寿命预估及抗疲劳优化设计．     

自紧身管疲劳寿命的可靠性分析

基于概率断裂力学理论和Monte Carlo模拟方法，给出了自紧身管疲劳寿命的可靠性分析方法．自紧残余应力采用了符合身管材料具有强化和包辛格效应性能推导的公式计算，身管工作的应力强度因子通过权函数方法得到．实例分析结果表明，对数正态分布为身管疲劳寿命的最佳分布，同时给出了各种置信度和可靠度下的身管疲劳寿命．另外，还分析了初始裂纹尺寸和材料的断裂韧性对身管疲劳寿命的影响．该研究对保证身管的安全，避免灾难性事故的发生具有重要意义．     

疲劳裂纹形成、扩展统计特性的大子样试验研究

针对疲劳损伤过程的随机性，该文开展了等幅谱大子样疲劳裂纹形成、扩展至破坏全寿命过程的试验研究．在计算确立了裂纹形成、扩展分界工程小裂纹长度的基础上，整理得到了裂纹形成，扩展寿命的统计分布数据．根据断口金相ＳＥＭ观察，进一步定性分析了疲劳条纹分布的相关性特征．     

复合材料层板基于剩余刚度比的剩余强度模型

本文从唯裂 学的观点提出了一个复合材料疲劳剩余刚度衰退模型,根据该模型导出了基于疲劳乘余刚度比的复合材料层合板疲劳剩余强度概率分布模型,给出了确定该模型中各参数的计算方法,根据该模型可预报复合材料层合板在某一应力水平的疲劳载荷作用下疲劳剩余刚度比为某一确定值时的疲劳剩余强度概率分布。为验证该模型的合理性,用典型复合材料层合板做了几组疲劳实验,并用实验数据对模型中的参数进行了估计,计算结果证明,该模型预报的疲劳剩余强度概率理论分布与实验结果符合较好。     

Constitutive modeling of biodegradable polymers: Hydrolytic degradation and time-dependent behavior

A large range of biodegradable polymers has been used to produce implantable medical devices. Apart from biological compatibility, these devices shall be also functional compatible and perform adequate mechanical temporary support during the healing process. However, the mechanical behavior of biodegradable materials during its degradation, which is an important aspect of the design of these biodegradable devices, is still an unexplored subject. Based on the literature, the mechanical behavior of biodegradable polymers is strain rate dependent and exhibits hysteresis upon cyclic loading. On the other hand, ductility, toughness and strength of the material decay during hydrolytic degradation. In this work, it is considered a three-dimensional time-dependent model adapted from the one developed by Bergström and Boyce to simulate the performance of biodegradable structures undergoing large deformations incorporating the hydrolysis degradation. Since this model assumes that the mechanical behavior is divided into a time independent network and a non-linear time-dependent network, it enables to simulate the monotonic tests of a biodegradable structure loaded under different strain rates. The hysteresis effects during unloading–reloading cycles at different strain levels can be predicted by the model. A parametric study of the material model parameters evolution during the hydrolytic degradation was conducted to identify which parameters are more sensible to this degradation process. The investigated model could predict very well the experimental results of a blend of polylactic acid and polycaprolactone (PLA–PCL) in the full range of strains until rupture during hydrolytic degradation. From these results and analyses, a method is proposed to simulate the three-dimensional mechanical behavior during hydrolytic degradation.     

复合应力作用下强度退化的应力-强度干涉模型可靠性统计分析

在考虑随机复合应力作用下强度随使用时间不断退化时,研究了应力-强度干涉模型下的可靠性统计推断问题,给出了一个随机复合应力-强度退化干涉失效模型和模型未知参数的估计方法,该模型考虑了应力与强度退化的相关性,文章的最后利用算例验证了该模型的有效性。     

基于韧性耗散模型的损伤定量分析方法

材料的静力韧性便于工程测量,对疲劳损伤较其它宏观损伤变量更敏感。本文以材料静力韧性为宏观损伤变量,依据疲劳过程中金属材料韧性随疲劳循环加载而变化的实验结果的规律分析,得到了应力和循环数表达的损伤演化方程和损伤累积模型。该模型能较好地反映加载顺序的影响。推导出该疲劳损伤累积模型在多级加载下的递推公式。经四种金属材料疲劳试验数据验证结果表明,该模型预测疲劳寿命是较为满意的。由于疲劳试验数据分散性大,结果有待进一步验证。     

基于P-S-N曲线的强度退化随机模型

强度退化一般具有随机性和不可逆性,而Gamma过程是一个独立非负的增量过程,具有描述强度退化特性的基本属性。由于强度退化过程中,表征退化状态(磨损、裂纹、腐蚀等)的数据很难直接测量,属于典型的缺失数据,而表征材料疲劳性能的P-S-N曲线一般易于获得。因此,本文假定Gamma过程的形状参数为线性函数,并利用材料的P-S-N曲线对Gamma过程的特征参数进行估计,由此建立基于P-S-N曲线的强度退化随机模型。最后,利用20CrMnTi钢的疲劳试验数据对所建模型的有效性进行验证和分析。结果表明,所建模型能够有效描述材料强度退化的宏观趋势。     

加速度计加速退化数据统计分析方法

加速退化试验广泛应用于加速度计的可靠性评估或寿命预测,然而加速退化数据统计分析方法的研究不足制约了可靠性评估或寿命预测的准确性。提出了一种基于Wiener退化模型的加速退化数据统计分析方法,利用加速因子不变原则推导退化模型各参数的变化规律,在此基础上建立加速退化模型,从而克服依赖假定进行加速退化建模容易造成较大误差的不足。针对传统的极大似然估计方法适用性不强的问题,提出了利用fminsearch函数结合最小二乘法求解极大似然估计值的方法。针对寿命预测时无法得到可靠寿命解析式的问题,提出了利用fzero函数求取可靠寿命的方法。仿真试验证明了加速因子不变原则推导结论的正确性,案例应用验证了所提方法的有效性。研究工作在加速退化建模、参数估计、寿命预测三个方面提出了有效的方法,具有一定的工程应用价值。     

退化产品可靠性评估方法的研究

一般退化数据的分析是基于建立退化轨道模型进行的,这方法对于退化轨道未知的产品可靠性评估往往效果较差。本文提出的方法不假定退化轨道模型,利用试验得到的产品退化信息获得产品在各检测时刻的可靠度,通过分布拟合获得参数的估计值进行可靠性评估。并给出实例说明了本方法的可行性和有效性。     

层板复合材料的疲劳剩余刚度统计分布模型

在分析现有关于层板复合材料疲劳剩余刚度衰退模型的基础上，根据层板复合材料在疲劳载荷作用下刚度衰退变化的现象，研究了疲劳载荷对层板复合材料刚度衰退的影响，建立了一个新的、更为合理的用于描述层板复合材料在常幅疲劳载荷作用下的刚度衰退模型，导出了剩余刚度统计分布的表达式，给出了确定模型参数的方法。为验证该模型，设计了几组测试实验，并利用试验结果对模型参数进行了估计。利用该统计分布模型，可以预报层板复合材料在给定应力水平的疲劳载荷作用下循环指定周次时剩余刚度的统计分布。实验数据表明，理论预报和实验结果符合得是很好的。     

基于刚度损伤并考虑强度退化的钢筋模型

Clough本构广泛应用于现浇节点的滞回模拟中,针对原始Clough本构中的应力可能会超出材料自身极限强度的问题,提出了一种根据节点刚度损伤来推导钢筋本构的算法。该算法依次建立现浇节点刚度退化与构件中钢筋模量退化间的关系及梁端位移角与钢筋应变的关系,根据以上关系建立钢筋强度退化的表达式,并得到钢筋的本构模型。使用Fortran语言编写自定义纤维单元材料子程序,利用有限元软件ABAQUS进行两个算例验证,得到的模拟滞回曲线具有捏缩现象,形状与试验吻合良好,耗能和延性等方面可与试验接近,在峰值点位移角的预测方面也具备一定的优势,同时,本构在二维和三维模型中均有良好的收敛性,且精度较高,可以应用于实际工程中。     

A thermodynamic model for electrical current induced damage

Electromigration-induced damage, which is in principal an irreversible mass diffusion under high current density, has been a concern for VLSI design for a long time. Miniaturization of electronic device sizes down to nano-scale will make electromigration a concern for all conducting components. This paper uses thermodynamics, statistical mechanics and mass transport (diffusion) principals to propose a model for electromigration process and a damage evolution model to quantify the degradation in microelectronics (and micro electromechanical system) solder joints subjected to high current densities. Entropy production in the system is used as a damage metric. The irreversible thermodynamic damage model utilized in this work has previously been successfully applied to thermo-mechanical fatigue of microelectronic solder joints. In this paper we extend this model to electromigration-induced degradation.Electromigration process is modeled by the atomic vacancy flux (mass diffusion) process. The proposed unified model is compared with several existing analytical and empirical models. A comparison of the damage evolution model proposed in here agrees well with empirical models proposed in the literature.