一种基于材料韧性耗散分析的疲劳损伤定量新方法

依据疲劳过程中结构钢力学性能的变化规律,从反映疲劳损伤机理、对损伤过程表现敏感且便于实验测试等方面对上述材料弹性、塑性、强度和韧性等参量进行综合考察后指出,韧性是一个适合作为疲劳损伤表征的力学参量,并进一步建立了韧性随疲劳损伤演化的耗散模型。从交变载荷下材料韧性耗散规律出发,结合疲劳损伤的能耗过程分析,系统研究并提出了以韧性为基本参量的疲劳损伤变量、损伤临界值、损伤演化方程和累积损伤模型,据此建立了一种新的疲劳损伤定量方法,并在实验中得到了验证。通过与其它方法比较表明：根据韧性耗散定义损伤变量优于基于延性、强度和弹性模量变化的损伤度量方法,由此得到的累积损伤模型较Ｍｉｎｅｒ线性法则与Ｍａｎｓｏｎ双线性累积损伤法则更符合实验结果。因此,上述疲劳损伤定量方法可为现阶段工程结构的抗疲劳设计与寿命估算提供新的研究手段     

一种基于材料延性耗散模型的疲劳损伤研究方法

本文从疲劳损伤导致材料延性下降这一事实出发,采用疲劳损伤延展性耗散模型,对低周疲劳定义了一种新的损伤变量,并进行了实验测量研究。结果表明,新损伤变量具有明确的物理意义,测定方法简单,能直接与材料机械性能相联系。     

基于电能耗散的金属材料疲劳损伤测量

根据电磁学原理，提出了基于电能耗散的疲劳损伤定义，指出其较能反映金属材料疲劳损伤的特征。获得了用电阻变化测量疲劳损伤的公式，应用计及疲劳极限和循环应力幅影响的非线性累积疲劳损伤模型，给出了金属材料疲劳损伤的剩余寿命预测公式。通过正火45^#碳钢的旋转弯曲疲劳试验，验证了本文提出的剩余寿命预测公式的可靠性，和韧性耗散测量疲劳损伤相比较；说明了用电阻测量疲劳损伤的合理性。     

受有两级空洞损伤时韧性材料的力学行为

本文利用大应变有限元方法研究了两级空洞对韧性材料的损伤作用.模型是以轴对称圆柱基体作为胞元,内含一初始的球型空洞.基体内的应力/应变随胞元外载的增大而达到临界状态,从而在围绕初级空洞的基体内将萌生次级空洞.后者是由空单元实现的.两级空洞的交互作用被证明将促进材料中的空洞化现象从而加速损伤并导至材料的总体弹性模量值在临近破断时急剧下降.     

基于微态方法的耦合韧性损伤的弹塑性本构模型

基于广义连续介质力学提出了一个热力学一致性的耦合微态韧性损伤的弹塑性本构模型。该模型遵循Forest的微态方法,在有限变形中提出引入额外的微态损伤因子及其一阶梯度以考虑材料的内部特征尺度。通过广义虚功原理得到了微态损伤的补充控制方程,对亥姆霍兹自由能进行扩展,得到了新的包含微态损伤变量的损伤能量释放率,在微态损伤的正则化作用下,采用隐式迭代更新局部损伤和应力等状态变量。基于Galerkin加权余量法,推导了以传统位移和微态损伤为基本未知量的有限元列式。利用该数值模型,对DP1000材料的单向拉伸实验和十字形零件的冲压实验进行了应变局部化与材料断裂的有限元分析。结果表明,该微态弹塑性损伤模型可以得到一致的有限元模拟响应曲线并收敛到实验曲线,从而避免发生网格依赖性问题。     

韧性材料在强动载作用下的损伤演化

采用细观动力学分析方法在高加载率条件下得到了孔洞的动态增长模型。模型考虑了应变率效率、惯性效应和热效应对孔洞增长的影响，给出了孔洞增长的应力临界值表达式。模型的数值分析表明：初始温度Ｔ０对应力临界值Ｐｃｒｉｔ有较大影响；在高应变率条件下惯性和热效应对韧性孔洞动态增长有明显的影响，惯性表现为对孔洞增长的阻碍作用，而热效应应则表现为对孔洞增长的促进作用，数值分析还表明，在低应变率条件下惯性效应可以忽略     

基于损伤力学方法的中周疲劳双尺度损伤模型

通常对于发生在高低周疲劳之间,损伤兼具弹塑性损伤特性的疲劳行为称为中周疲劳。本文将损伤力学方法与细观力学模型相结合,对双尺度代表性体积单元(RVE)的本构关系进行了合理假设,并分别研究了两个尺度的损伤演化规律。根据细观力学方法,考虑两相损伤的分别演化和互相作用,最终得到RVE的损伤演化模型。然后根据ABAQUS软件的接口与UMAT对接实现二次开发,建立了材料疲劳寿命预估的损伤力学——有限元解法。对铝合金LC4CS缺口件进行疲劳寿命预估以及损伤分析计算,预估结果均处于试验结果的两倍误差带内,验证了所提出双尺度模型的有效性。     

低合金结构钢及其焊缝热影响区的韧性损伤演化行为

采用损伤力学方法研究了低合金结构钢及其焊缝热影响区近缝粗晶区的韧性损伤演化行为。从不可逆热力学出发，建立了一般韧性损伤模型。然后用一种新的交流电住损伤测量系统，测得了该钢及其模拟粗晶区的韧性损伤演化规律，得出了相应的损伤演化方程。讨论了应力三轴度对损伤演化和破坏的影响。结果表明，粗晶区及其母材的损伤分别遵循非线性和线性规律；前者的损伤生长速度远高于后者，但其临界损伤值和断裂应变远低于后者。     

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。     

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.     

疲劳等损伤线的实验验证和分析

关于疲劳等损伤线的研究目前存在几种观点。本文根据高低二级应力作用下的疲劳寿命试验,验证了等损伤线互不平行且向下汇聚。还讨论了等损伤线的表达式,斜率变化和二级载荷下的疲劳寿命估算等问题。     

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。     

沥青混合料疲劳过程的损伤力学分析

采用损伤力学方法研究沥青混合料的疲劳失效问题。针对悬壁梁弯曲疲劳试件,推导出疲劳过程中应力场、损伤场和疲劳裂纹形成寿命的工程封闭公式。根据沥青混合料特点,提出一种模拟疲劳裂纹扩展的特征单元失效模式,从而将疲劳裂纹形成与扩展两个阶段统一用损伤力学理论进行描述和分析。本文对沥青混合料试件的疲劳裂纹形成寿命与扩展寿命分段进行了预测,还对疲劳过程中刚度衰减及位移幅值的演化过程进行了数值模拟计算。理论预期与实验结果吻合良好。     

30CrMnSiA材料疲劳损伤的激光检测及其细观机理

利用激光反射衍射谱面光强随疲劳损伤试样表面逐步粗糙化而变化的原理，用一种非接触、非破坏的间接疲劳损伤检测方法，对３０ＣｒＭｎＳｉＡ材料轴线平行于轧制方向（Ｌ）和垂直于轧制方向（Ｔ）两种不同试样进行拉——拉非对称循环疲劳损伤检测，证明谱面光强比Ｋ对疲劳损伤是敏感的；损伤变量Ｄ（Ｋ）和疲劳循环次数Ｎ的关系曲线大致可以分为疲劳损伤的减速、线性和加速损失区，从而对材料进行疲劳损伤检测并对其疲劳寿命进行估计；同时对扫描电镜图像分析得出衍射光强比变化所对应的疲劳损伤细观机理。     

疲劳损伤问题中有效应力的一种定义

有效应力是损伤力学中的一个重要概念,这个概念的提出为用无损状态下的本构方程描述有损伤材料的行为提供了有效手段.本文探讨损伤力学中有效应力的定义,通过对损伤演化规律的分析,指出有效应力的一般定义不适用于疲劳损伤问题.本文认为,疲劳问题中的有效应力应该以等效寿命为基础,并根据剩余寿命的概念引入了疲劳损伤问题中有效应力的一种定义.     

腐蚀环境作用后LC4铝合金疲劳累积损伤竞争模型

日历腐蚀环境作用后材料或结构件的疲劳累积损伤规律是科学地确定飞机结构日历寿命的关键，为此本文进行了多种“疲劳 腐蚀”模式的损伤累积试验，研究了“机械栽荷”和“腐蚀载荷”的相互影响，提出了腐蚀环境作用后疲劳累积损伤的竞争模型。与实验结果的比较表明在“疲劳 腐蚀 疲劳……”的加载模式下竞争模型与试验结果吻合较好。     

金属材料的非线性疲劳累积损伤模型及强度衰减分析

用连续介质损伤力学的方法推导得到了一个非线性的损伤发展方程，该方程计及了加载过程应力与损伤的完全耦合效应；又由损伤发展方程得到了一个计及加载循环周内和循环周间损伤积累非线性效应的完全非线性疲劳累积损伤模型，已有的部分非线性疲劳累积损伤模型成为它的特例。由损伤发展方程确定了材料剩余强度随损伤发展的衰减规律和临界损伤值。     

变幅疲劳载荷下钢纤维混凝土的损伤演化行为研究

本文通过实验分析了变幅疲劳载荷作用下钢纤维混凝土非线性损伤演化行为，指出变载时材料当前的损伤状态和变幅前后应力幅差影响材料的疲劳损伤演化行为。文中给出了损伤演变路径和描述该损伤演化行为的疲劳累积损伤方程。在此基础上，定性定量地分析了Ｍｉｎｅｒ线性累积损伤准则的局限性