基于能量法的多轴疲劳寿命预测方法

多轴疲劳寿命预测对于确保工程构件的安全性及经济性具有重要意义,其中损伤参量的选取对于预测结果的精度具有关键影响作用.Smith-Watson-Topper (SWT)能量参数是目前常用的损伤参量,但由于仅考虑了拉伸应变能对材料损伤的贡献,因此其常做出偏于危险的预测结果.针对此问题,Glinka及Chen-Xu-Huang (CXH)能量参数被相继提出.然而试验验证表明:Glinka参数通常仅适用于以剪切型失效为主要失效模式的材料,CXH参数则易给出过于保守的预测结果.为提高SWT参数对各种材料与加载路径的适用性,论文在评估Glinka及CXH参数的基础上,提出了两个修正的SWT能量参数,并建立起了一个统一的多轴疲劳寿命预测模型.针对不同的疲劳失效形式,所提出的能量参数不仅可考虑平均应力效应,且可同时包括临界面上不同加载方向对材料损伤的影响.通过六种材料的多轴疲劳试验数据对新模型、SWT模型、Glinka模型及CXH模型进行了验证,结果显示新模型比其他三种模型具有更好的寿命预测精度及稳定性.     

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。     

基于应变能的复杂应力场低周疲劳分析

塑性应变能使材料微观组织结构发生不可逆变化,从而引起等效宏观应力,该应力随循环加载而增大．假定材料疲劳源处破坏是由最大拉应力引起的,最大等效宏观应力与外加应力叠加达到材料本征断裂应力时形成微裂纹．微裂纹引起上述两部分应力变化,继续加载直至宏观裂纹出现,从而得到材料的疲劳寿命．本文所建立的多轴疲劳寿命公式包含材料参数、拉应力以及塑性应变能等,以上数据可通过单轴疲劳数据和有限元方法获得．通过对SM45C材料的计算验证,表明该模型对多轴随机应变加载低周疲劳寿命,具有良好的预测结果．     

复合V形切口脆断的形状改变能密度因子准则

沿袭裂纹尖端附近的形状改变能密度因子概念思路,定义V形切口尖端附近的形状改变能密度因子.基于V形切口尖端附近的奇异应力场,建立了Ⅰ-Ⅱ复合V形切口脆性断裂的形状改变能密度因子准则.应用该准则对复合载荷下双边切口试件进行了理论预测,并把预测结果与实验结果、应变能密度因子准则的预测结果进行了比较.结果表明,形状改变能密度因子准则预测的起裂角和断裂曲线与实验值更吻合.     

60Si2Mn螺旋弹簧的压缩应力松弛行为与贮存寿命预测

为评价60Si2Mn螺旋压缩弹簧的室温松弛特性,利用InstronE3000K8953型小吨位电子动静态疲劳试验机,对其在不同温度和初始应力水平条件下进行了高温压缩加速应力松弛试验,研究了环境温度、初始应力水平对松弛行为的影响.基于粘弹性体模型,揭示了应力松弛过程中弹性应变向塑性应变的转化特性与塑性应变随松弛时间的变化规律.在对应力松弛前后弹簧丝材金相和TEM微结构进行对比分析的基础上,探讨了应力松弛的微观机制.结果表明,环境温度与初始应力水平对松弛速率具有显著影响.基于应力松弛过程的热激活特性,建立了60Si2Mn螺旋压缩弹簧的贮存寿命预测方程,并对不同应力水平下弹簧的室温和高温贮存寿命进行了合理预测.     

Quick assessment methodology for reliability of solder joints in ball grid array (BGA) assembly—Part I: Creep constitutive relation and fatigue model

In this study, a new unified creep constitutive relation and a modified energy-based fatigue model have been established respectively to describe the creep flow and predict the fatigue life of Sn−Pb solders. It is found that the relation successfully elucidates the creep mechanism related to current constitutive relations. The model can be used to describe the temperature and frequency dependent low cycle fatigue behavior of the solder. The relation and the model are further employed in part II to develop the numerical simulation approach for the long-term reliability assessment of the plastic ball grid array (BGA) assembly. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (59705008)