估算变幅疲劳寿命的等效折算法

介绍了估算变幅疲劳寿命的等效折算法。该法的主要思想是通过特定的等效寿命函数,依次将变幅疲劳中的各级循环次数均等效折算为某一循环下的已耗寿命,即将变幅疲劳转化为等幅疲劳,来估算其寿命。给出了两种形式的等效寿命函数,一种考虑了变幅疲劳的加载次序效应,另一种则适用于加载次序效应不强的随机性谱载。四种材料的实际评估结果显示,无论对于分级加载还是随机性谱载,该法的寿命预测精度均明显高于同类型的其它五种方法。该法仅依赖于等幅试验数据,不含任何待定参数,计算简单,适合于工程运用。     

各向异性损伤力学在螺纹疲劳寿命预估中的应用

引用损伤力学方法研究金属构件疲劳问题。在微结构力学模型基础上建立轴对称的各向异性疲劳损伤本构关系,通过有限元-附加力解法编制考虑各向异性损伤的有限元程序。应用引入门槛条件的损伤演化方程,并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30CrMnSiNi2Aφ5和φ8螺栓全寿命。结果表明,理论S-N曲线与试验S-N曲线吻合良好并且门槛条件对修正低应力下疲劳寿命有很好的效果。本方法所需机时较少,可用于工程实际构件的高周疲劳寿命预估及抗疲劳优化设计。     

金属疲劳剩余寿命预测模型的一种探索

利用基于热力学的非线性连续疲劳损伤理论，考虑应力幅带来的非线性累积效应，理论上探索了金属电阻变化率与疲劳寿命的关系。提出了用电阻变化率进行疲劳损伤剩余寿命分析的模型。并通过电阻变化测定实验，验证了理论模型。为金属疲劳剩余寿命的预测提出一种理论模型和新的实践方法。     

稳态循环载荷下疲劳／断裂可靠性寿命估算

基于稳态循环载荷过载迟滞不严重这一思想，利用疲劳Ｐ－Ｓａ－Ｓｍ－Ｎ曲面及疲劳概率Ｍｉｎｅｒ累积损伤理论估算疲劳可靠寿命；根据线弹性断裂力学原理导出了稳态循下断裂Ｐ－Ｓａ－Ｓｍ－Ｎ曲面公式及断裂概率Ｍｉｎｅｒ公式，用以估自然断裂可靠寿命。最后，给出了直升机动部件可靠寿命估算实例。     

大气预腐蚀下ER8C车轮钢的疲劳寿命评估

随着高速列车车轮服役里程的增加,车轮辐板持续遭受潮湿大气甚至海洋大气环境的考验,点蚀成为车轮失效的主要原因之一.论文首先在大气自然环境下对ER8C车轮钢高周疲劳试样开展为期180天的曝晒(预腐蚀)试验,随后进行表面形貌和疲劳性能表征.结果表明,预腐蚀后车轮钢的疲劳极限为387 MPa,相比光滑试样下降12%;这主要是由于预腐蚀造成的腐蚀坑使试样表面局部应力集中,加速了疲劳裂纹萌生.采用激光共聚焦显微镜统计预腐蚀试样表面蚀坑尺寸,使用由均值蚀坑尺寸计算得到等效初始缺陷尺寸(EIFS),对预腐蚀车轮钢试样的疲劳寿命进行预测,避免腐蚀疲劳裂纹萌生以及短裂纹扩展对疲劳寿命预测的影响;预测结果与实验结果较为符合,证明了该方法的可行性.论文的主要结论是,通过统计试样表面蚀坑尺寸的均值来获得EIFS的方法,可以计算得到大气预腐蚀后车轮钢的剩余寿命,这验证了EIFS方法在大气预腐蚀下材料疲劳寿命研究中的适用性.     

Fatigue Loading and Life Prediction in Three Fretting Fatigue Fixtures

Three fixtures for conducting laboratory fretting fatigue tests are described and their respective testing methods and the results of the analysis are compared. Each of these fixtures has been used to investigate the effects of various parameters of interest in fretting fatigue. These fixtures include a unique apparatus in which all load applied to the specimen is transferred to the fretting pads, an apparatus similar to many found in the literature where partial load transfer occurs across the pads, and a simplified dovetail fixture in which the clamping load, P, and the shear load, Q, are varied in phase. Select test conditions from prior experiments performed on identical material and resulting in similar lives ranging from one to ten million cycles from these fixtures are identified. The various testing conditions were used to compute the unique stress field for each case. The resulting contact stresses were used to calculate crack initiation based criteria, and to calculate stress intensity factors. The three fixtures were shown to be able to accommodate a range of loads, fretting pad contours, and specimen geometries that produced a variety of stress fields. A crack-initiation-based criterion was shown to predict the failure lives of thinner specimens accurately. The stress intensity factor calculations showed the possibility of a crack arresting for a stress field that decays rapidly and the possibility of a local minimum for K as a function of depth. The fixtures are shown to be complementary in generating data for development of robust fretting fatigue models that use these criteria.     

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。     

橡胶沥青应力吸收层力学与疲劳性能研究

防治反射裂缝是半刚性基层沥青路面新建或改建工程中的难题之一.橡胶沥青应力吸收层是一种较好的反射裂缝防治结构.本文设计了包含应力吸收层复合试件的剪切与疲劳试验,通过室内和现场取芯试件,研究了橡胶沥青应力吸收层及其他封层的力学和疲劳性能.聚酯玻纤布应力吸收层疲劳性能最好,但在较高橡胶沥青洒布量下,橡胶沥青与聚酯玻纤布应力吸收层疲劳性能接近;橡胶沥青应力吸收层的抗剪切变形能力最大,且其抗剪强度也比较高;橡胶沥青洒布量对橡胶沥青应力吸收层的抗剪强度、疲劳能力影响较大.当橡胶沥青洒布量在1.8～3.0kg/m2间增加时,橡胶沥青应力吸收层的抗剪强度、疲劳能力均增加,但不是线性关系增加.     

丁腈橡胶紫外线臭氧照射亲水改性及其水润滑性能研究

以丁腈橡胶为基底,采用紫外线-臭氧照射进行亲水/超亲水表面改性,通过接触角测量仪、光学显微镜对亲水改性表面的接触角、接触角滞后和微观形貌等特性进行表征,分析了表面亲水性的改性机理,并采用MFT-5000型摩擦磨损试验机测试了丁腈橡胶亲水表面的机械耐久性和保持性. 研究结果表明:采用紫外线臭氧照射丁腈橡胶10 min,就能得到完全润湿的超亲水表面,且在紫外线臭氧照射下,丁腈橡胶与臭氧发生反应生成氧化膜,使亲水改性后的丁腈橡胶,在干摩擦和水润滑状态下均表现出较小的摩擦系数和较好的耐磨性      

缺口件多轴疲劳寿命预估新方法

局部应力应变法(LSSM)以危险点处的局部应力应变历程进行寿命评价,忽略了非比例附加强化及缺口附近应力梯度对疲劳损伤的影响.论文通过分析裂纹萌生面(临界面)上剪应力和正应力分布状态,提出一种计算缺口件多轴疲劳损伤影响区的数学计算方法,建立考虑法向正/剪应力梯度与非比例附加强化效应的寿命预估模型.首先,基于能量法和临界面理论,借助坐标变换原理将应变能密度最大的材料平面定义为临界面,建立确定裂纹萌生方向的计算方法.其次,以临界面上特定路径为积分方向,将缺口件三维问题转化为线性问题,简化计算过程.综合考虑峰值应力和等效应力场强对多轴疲劳寿命的贡献度,建立表征缺口件多轴疲劳损伤演化过程的损伤参量.最后,通过TC4合金和Q345钢多轴疲劳试验验证论文模型的可行性和精确度,并与LSSM法、FS模型、SWT模型进行对比分析.     

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.     

低速冲击下压电层合板的非线性动力响应与疲劳损伤寿命分析

基于损伤力学,考虑压电效应、几何非线性和损伤演化的影响,建立了集中载荷作用下压电层合板的非线性运动微分方程,考虑撞击物与压电层合板之间的弹性接触效应,确定了层合板所承受的冲击力.对此非线性动力问题,采用有限差分法进行求解,且引入损伤层合板单元模型,采用有限元方法模拟了冲击荷载作用下压电层合板的损伤演化.算例中,讨论了撞击物的冲击速度、压电材料以及损伤对压电层合板非线性动力响应的影响,以及周期冲击荷载下冲击速度和压电材料对压电层合板疲劳损伤寿命的影响.     

Q345低周疲劳性能与疲劳寿命预测分析

本文对结构用钢Q345的低周疲劳性能进行了试验研究。试验在常温下岛津电液伺服疲劳试验机上进行,采用轴向应变控制方法,恒定应变速率为0.005s-1,应变比为-1。试验结果表明,初始阶段,Q345在高应变幅值(0.6%)循环作用下出现循环硬化效应,而在低应变幅值(0.6%)作用下出现循环软化效应;随着加载应变幅的增加,硬化和软化率呈直线上升趋势。Q345疲劳裂纹萌生阶段占其整个寿命的60%以上,其裂纹萌生寿命与应变幅存在幂函数关系。根据Coffin-Manson公式得到了Q345的应变-寿命关系公式;采用能量预测法得到了材料的塑性应变能与疲劳寿命的关系表达式。上述结果对钢结构的设计、评估具有重要的工程应用参考价值。     

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。     

含缺口试件疲劳全寿命预测一种建议的方法

传统的研究含缺口构件的疲劳的方法是将疲劳启裂和疲劳裂纹扩展两个过程完全独立起来,用不同的方法来模拟,相互间并没有定量的关系。本文是基于最新发展的多轴疲劳损伤理论,建立了一种适用于各种载荷条件下的疲劳启裂和裂纹扩展的普适方法。根据从弹塑性分析中得到的应力应变,确定疲劳损伤模型,建立能够预测疲劳启裂、裂纹扩展速率和扩展方向的新方法。整个模拟可以分为两步:弹-塑性应力分析得到材料的应力应变分布;再运用一个通用的疲劳准则预测疲劳裂纹启裂和裂纹扩展。通过对1070号钢含缺口试件的疲劳全寿命预测,得到了与实验非常吻合的模拟结果。     

超长寿命热—超声疲劳行为

工作频率在15－30kHz的超声疲劳技术是一种可以获取十亿周级以上超长寿命疲劳数据的可行而有效的方法。试件在高频超声载荷作用下会不可避免地产生摩擦生热。本文在研究球墨铸铁材料的超高周疲劳性能的同时，利用一种非接触红外线自动测温系统对整个实验过程中的试件进行了温度测试，实验表明超长寿命试件的温度变化可由两段组成：①10^7周前的温度徙升及随后的短暂下降；②10^7周后的相对温度平衡稳定。研究还进一步探讨了超长寿命疲劳的温度和频率效应。     

An Energy Based Fatigue Life Prediction Framework for In-Service Structural Components

An energy based fatigue life prediction framework has been developed for calculation of remaining fatigue life of in service gas turbine materials. The purpose of the life prediction framework is to account aging effect caused by cyclic loadings on fatigue strength of gas turbine engines structural components which are usually designed for very long life. Previous studies indicate the total strain energy dissipated during a monotonic fracture process and a cyclic process is a material property that can be determined by measuring the area underneath the monotonic true stress-strain curve and the sum of the area within each hysteresis loop in the cyclic process, respectively. The energy-based fatigue life prediction framework consists of the following entities: (1) development of a testing procedure to achieve plastic energy dissipation per life cycle and (2) incorporation of an energy-based fatigue life calculation scheme to determine the remaining fatigue life of in-service gas turbine materials. The accuracy of the remaining fatigue life prediction method was verified by comparison between model approximation and experimental results of Aluminum 6061-T6. The comparison shows promising agreement, thus validating the capability of the framework to produce accurate fatigue life prediction.     

焊趾表面裂纹的形态发展曲线与疲劳寿命预测

以作者建立的焊地椭圆表面裂纹应力强度因子数据库以及复杂应力场中焊践半随圆表面裂纹前缘应力强度因子分布计算的基本模式法为基础上,给出了复杂应力场中焊践表面表纹在疲劳扩展过程中形态变化规律及寿命的工程分析方法。     

GH536高温合金光滑试件在800℃时变载疲劳试验研究

通过对GH536合金光滑试件在800℃、0－σmax－0情况下的疲劳寿命实验研究和分析，说明在该情况下试件的断裂是由于材料产生颈缩而引起的。这一结果对于相关金属材料疲劳特性的研究具有一定的参考价值。