多级载荷下疲劳寿命的可靠性研究

本文利用断裂力学，疲劳及可靠性分析方法，讨论了剩余强度的概率分布。假定裂纹萌生阶段已结束，在裂纹扩展阶段。剩余强度R与裂纹长度α满足R=αK，α^-1/2，裂纹扩展速率可用Paris公式da/dN=c(△K）^n描述，在以上两个公式的基础上，我们推导出了疲劳载荷过程中剩余强度，循环应力，疲劳寿命及失效概率间的关系。选用变速箱齿轮12Cr2Ni4钢制成的试样，我们在Amsier HFP5100高频疲劳试验机上，两级循环应力水平下进行了9组试验，得出了12Cr2Ni4钢的P-R-S-N曲线。利用该曲线估算了12Cr2Ni4钢多级载荷下的疲劳寿命。同Mine准则计算的结晶相比更接近真实值，本文的方法具有较强的工程实用性，对承受疲劳载荷零构件的选材及设计具有重要的参考价值。     

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．     

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．     

高温合金材料热机械疲劳实验技术

本文以ＡＩＳＩ３１６Ｌ不锈钢材料为例介绍了高温低周应变控制热机械疲劳（ＴｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＦａｔｉｇｕｅ）试验，温度循环和机械应变循环为相同频率，它们间的相位关系分为同相位和反相位两种．温度循环范围选为２５０～５００℃和２５０～６５０℃两种．通过计算机自动控制的实验系统所得到的试验数据，探讨了热机械疲劳应力－应变响应，裂纹萌发和扩展的性质，材料微观损伤分析和温度范围变化对疲劳性能和寿命的影响．对疲劳试验过程中循环回滞曲线的分析，给出了材料硬化阶段和循环稳定阶段的特性．     

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。     

材料持久极限曲线的逼近和疲劳与屈服强度校核的判据

本文根据材料的对称循环持久极限σ－１和静载强度极限σｂ，提出脉动循环持久极限σ０的估算公式．在此基础上，结合材料持久极限曲线，建立了塑性材料构件在应力循环特性ｒ＞０情况下对其进行疲劳或屈服强度校核的判据．     

结构疲劳寿命的区间估计

对材料性质和载荷具有不确定性的结构进行了疲劳寿命估计．结构的疲劳寿命往往是这些不确定性因素的函数．以区间数学为基础，将这些不确定性因素用区间进行定量化，借助一阶Taylor级数，提出了近似估计结构疲劳寿命的区间分析方法．区间分析方法克服了概率分析方法需要预先知道大量统计数据的缺点，且计算量小．通过典型数值算例将区间分析方法和概率分析方法进行了比较，结果表明了区间分析方法对线性和非线性形式的结构寿命估计在小不确定度情况下均能提供足够的精度．     

飞机谱载下铝合金锪窝孔结构腐蚀疲劳研究

通过战斗机谱载下7475—T761铝合金紧固孔试件空气与3．5％NaCl环境中的疲劳试验和断口分析，得到了相应结构疲劳全寿命和孔边角裂纹的裂纹长度-寿命数据．通过三维有限元分析得到了孔边角裂纹的应力强度因子．采用我们新近发展的三维疲劳寿命分析软件，基于材料裂纹扩展基准曲线和一组直通孔实验数据，对锪窝孔结构角裂纹的疲劳和腐蚀疲劳扩展寿命进行了预测．结果表明，提出的基于三维断裂力学的寿命预测方法和软件对复杂结构的全寿命有精确的预测能力，比传统的局部应变法优越，可适用于复杂环境下三维结构的疲劳寿命分析．     

疲劳荷载权函数下混凝土疲劳累积损伤值的研究

在一定应力水平的疲劳荷载作用下,混凝土强度会衰减,混凝土结构发生疲劳破坏.为了能反映出混凝土疲劳荷载作用的先后性(或时间性),论文提出了混凝土疲劳荷载权函数的概念,以剩余强度定义了累积损伤的变量,建立了累积损伤变量与疲劳荷载作用次数的曲线方程.继而分别推导了以混凝土剩余强度所定义的单级和多级荷载疲劳荷载权函数的数学表达式;通过建立的疲劳荷载权函数,推得单级和多级荷载作用下混凝土疲劳累积损伤的计算式,并分别推导和论证了混凝土疲劳破坏时的累积损伤值大于1,不同应力水平的疲劳荷载和不同的荷载作用次序所得到的混凝土疲劳累积损伤值不等同,相同荷载、不同作用顺序对结构疲劳累积损伤贡献不等等重要结论.     

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.     

一种改进的评估疲劳特性的P—S—N方法

提出一种改进的Ｐ－Ｓ－Ｎ方法,从而扩展了这一方法的应用范围。指出建立Ｐ－Ｓ－Ｎ关系时,应包含经２００万次荷载作用不破坏而停止试验的试件。     

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.     

基于静强度分布参数的复合材料剩余强度及寿命预测

为探讨剩余强度及疲劳寿命与初始静强度分布参数之间的关系,构建基于初始静强度分布参数的剩余强度和疲劳寿命计算模型。在模型构建过程中未涉及复合材料结构的层数、铺层厚度和铺层方向,适应性强。模型参数可通过静力试验和剩余强度试验获得,试验成本相对疲劳试验较低。剩余强度和疲劳寿命与初始静强度变异系数及其分布参数有关,当初始静强度服从威布尔分布时,疲劳寿命亦服从威布尔分布,可为开展疲劳可靠性提供借鉴和参考。算例表明,基于建立的模型,剩余强度计算结果最大误差为-1.58%,疲劳寿命与试验数据吻合较好。     

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。     

基于抗压强度推测的水工混凝土疲劳残余应变研究

提出一种使用混凝土破坏前的应力应变发展曲线, 来推求混凝土抗压强度和峰值应变的方法. 经过试验验证, 该方法具有较高的精度, 并可以得到疲劳试验时真实的应力水平. 在MTS 810 TestStar材料试验系统上对C15水工混凝土开展了受压疲劳试验. 通过试验数据分析, 得到疲劳残余应变发展规律公式、疲劳失稳判据、疲劳寿命估算式及疲劳强度等, 对水工建筑物的疲劳损伤分析与评定具有指导意义.     

未熔透尺寸对十字焊接接头疲劳性能影响规律试验研究

针对某厂一压力机架的焊接结构，采用极大似然方法，进行了部分熔透焊接十字接头的拉—拉疲劳试验，得到了该类结构的Ｐ－Ｓ－Ｎ对数曲线。研究了未熔透尺寸对接头的应力集中系数、疲劳强度和试件疲劳破坏形式的影响规律，结果表明，在焊缝与母材等强的情况下，当未熔透尺寸２ａ／Ｔ＜０．５时，其疲劳性能无明显减弱；而当未熔透尺寸２ａ／Ｔ＞０．５时，则接头的抗疲劳性能有显著的改变。     

Fatigue reliability based on residual strength model with hybrid uncertain parameters

The aim of this paper is to evaluate the fatigue reliability with hybrid uncertain parameters based on a residual strength model. By solving the non-probabilistic setbased reliability problem and analyzing the reliability with randomness, the fatigue reliability with hybrid parameters can be obtained. The presented hybrid model can adequately consider all uncertainties affecting the fatigue reliability with hybrid uncertain parameters. A comparison among the presented hybrid model, non-probabilistic set-theoretic model and the conventional random model is made through two typical numerical examples. The results show that the presented hybrid model, which can ensure structural security, is effective and practical.     

GCr15钢超声微动疲劳性能研究

由微动产生的裂纹萌生对钢组件的疲劳强度具有重要影响。本文选择GCr15轴承钢,在20kHz超声疲劳试验机提供的循环载荷作用下,测试其超长寿命微动疲劳性能。试验结果显示,在109循环周次下微动疲劳强度影响因子达到0.37。通过电子扫描电镜观察试件磨损面和微动疲劳断口,并分析了高频超长寿命微动疲劳断裂机理。高周疲劳裂纹通常会在磨损面的粘着区与滑移区交界处萌生,超高周疲劳裂纹在粘着区内萌生。微动磨损面的面积以及磨损面的粘着区都随着试件疲劳寿命的增加而增加。     

Effects of Environmental Degradation on Flexural Failure Strength of Fiber Reinforced Composites

Fiber-reinforced composite laminates are often used in harsh environments that may affect their long-term durability as well as residual strength. In general, environmental degradation is observed as matrix cracking and erosion that leads to deterioration of matrix-dominated properties. In this work, cross-ply laminates of carbon fiber reinforced epoxy were subjected to environmental degradation using controlled ultraviolet radiation (UV) and moisture condensation and the post-exposure mechanical properties were evaluated through elastic modulus and failure strength measurements. Additionally, both degraded and undegraded were subjected to cyclic fatigue loading to investigate possible synergistic effects between environmental degradation and mechanical fatigue. Experimental results show that the degradation results in reduced failure strength. Greater effects of degradation are observed when the materials are tested under flexural as opposed to uniaxial loading. Based on strength measurements and scanning electron microscopy, we identified various damage modes resulting from exposure to UV radiation and moisture condensation, and cyclic loading. The principal mechanisms that lead to reduction in mechanical properties are the loss of fiber confinement due to matrix erosion, due to UV radiation and moisture condensation, and weakened/cracked ply interfaces due to mechanical fatigue. An empirical relationship was established to quantify the specific influence of different damage mechanisms and to clarify the effects of various degradation conditions.