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。     

应力场强(SFI)法下的疲劳缺口系数K_f的计算

着重研究场强法理论下疲劳缺口系数Kf的计算．结果表明应力场强法理论下的疲劳缺口系数Kf与试验结果符合得较好,用应力场强法理论计算得到的等幅和变辐载荷的寿命与试验寿命也符合得较好．     

基于统一强度理论的钢管混凝土柱承载力计算

从Von Mises屈服准则和双剪统一强度理论出发,对钢管和核心混凝土的受力性能进行分析．从核心区混凝土所受侧向压应力的角度出发,基于大量实验数据,得到核心区混凝土约束系数计算公式．从而完善了钢管混凝土柱的轴心受压承载力计算公式,使公式的精确性和适用性有所提高．所得计算结果与试验结果吻合良好,并与目前公式的计算结果进行对比,说明所提出公式的合理性．从尺寸大小和材料强度两个方面,对钢管混凝土柱承载力的影响因素进行探讨．     

缺口试件拉伸试验中的材料失效函数确定方法

为了能合理建立材料的失效函数,基于变形路径对延性损伤破坏影响的研究结果,结合数值模拟和优化方法,对几种典型缺口试件的拉伸颈缩破坏试验进行了分析,给出了缺口试件拉伸试验中的失效函数的计算方法．     

试样疲劳性能尺度效应的概率控制体积方法

试样尺度、缺口和加载方式通常对材料的疲劳性能具有重要影响. 因此,发展关联试样尺度、缺口和加载方式对疲劳强度影响的方法对于从材料疲劳性能到结构件疲劳性能的预测具有重要意义.首先,采用旋转弯曲加载和轴向加载方式对不同几何形状EA4T车轴钢试样进行了疲劳实验.实验结果表明, 由于试样尺度的增加,轴向加载下狗骨形试样的疲劳强度明显低于沙漏形试样; 相同寿命下,缺口显著降低试样的疲劳强度. 疲劳断口扫描电镜观测结果表明,疲劳裂纹均起源于试样表面.沙漏形试样和狗骨形试样疲劳断口大多只有一个裂纹源,而缺口试样疲劳断口均具有多裂纹源特征. 然后,采用概率控制体积方法研究了试样尺度、缺口和加载方式对疲劳强度的影响,并与临界距离和应变能密度方法进行了比较. 结果表明,概率控制体积方法能够更好地关联试样尺度、缺口和加载方式对EA4T车轴钢疲劳强度的影响.最后, 提出一种基于控制体积的结构件疲劳强度预测方法,并用于具有不连续高应力区域车轴钢试样的疲劳强度预测,预测结果与实验结果 吻合.      

试样疲劳性能尺度效应的概率控制体积方法

试样尺度、缺口和加载方式通常对材料的疲劳性能具有重要影响.因此,发展关联试样尺度、缺口和加载方式对疲劳强度影响的方法对于从材料疲劳性能到结构件疲劳性能的预测具有重要意义.首先,采用旋转弯曲加载和轴向加载方式对不同几何形状EA4T车轴钢试样进行了疲劳实验.实验结果表明,由于试样尺度的增加,轴向加载下狗骨形试样的疲劳强度明显低于沙漏形试样;相同寿命下,缺口显著降低试样的疲劳强度.疲劳断口扫描电镜观测结果表明,疲劳裂纹均起源于试样表面.沙漏形试样和狗骨形试样疲劳断口大多只有一个裂纹源,而缺口试样疲劳断口均具有多裂纹源特征.然后,采用概率控制体积方法研究了试样尺度、缺口和加载方式对疲劳强度的影响,并与临界距离和应变能密度方法进行了比较.结果表明,概率控制体积方法能够更好地关联试样尺度、缺口和加载方式对EA4T车轴钢疲劳强度的影响.最后,提出一种基于控制体积的结构件疲劳强度预测方法,并用于具有不连续高应力区域车轴钢试样的疲劳强度预测,预测结果与实验结果吻合.     

顶板与纵肋接头处焊趾与焊根疲劳开裂的对比研究

借助加权峰值应力法和缺口应力法对顶板与纵肋接头处焊趾与焊根的疲劳强度进行了对比研究。通过加权峰值应力法的计算,得到一般工况下焊根与焊趾的峰值应力幅之比约为0.64～0.92;利用缺口应力法对U型和锁孔型两种模拟焊根形式分别进行计算,获得焊根与焊趾的名义应力比,即U型焊根形式下为1.18～1.23,锁孔型焊根形式下为0.7～0.85;根据加权峰值法的结果,摒弃了将焊根模拟成U型的做法。结果表明:焊根与焊趾的荷载效应比大于两者名义应力比;一般焊接工况下,焊根比焊趾更容易疲劳开裂。     

一般应力比时焊接节点的疲劳强度估算方法

考虑了焊接节点的几何形式、受载形式、材料、应力比、残余应力、板厚以及焊趾根部的短裂纹等因素对疲劳强度的影响。利用Ｐｅｔｅｒｓｏｎ公式和Ｔｏｐｐｅｒ公式，在引入极值疲劳切口系数概念的基础上，建立了一般应力比时焊接节点的两个有效应力集中系数估算公式，理论计算与实验结果的比较表明：用该方法预测焊接节点的有效应力集中系数有较好的准确度。文中的研究可望为工程应用提供一种有效的方法     

基于奇异强度因子的V型切口应力场和N-SIF评估方法

根据线弹性断裂力学理论，V形切口处的应力场具有奇异性，应力值趋于无穷大，峰值应力不能直接用于评定疲劳强度。通过引入了奇异强度因子“as”，单边缺口应力分布和缺口应力强度因子(N-SIF)的半解析公式被推导。考虑张开角和几何尺寸等因素，基于奇异强度因子拟合得到了切口应力评估的简易公式，可用于切口应力场和N-SIF值的快速评估。将简易公式评估结果与有限元结果以及传统文献结果进行对比分析，结果表明，本文简易公式可以准确地预报拉伸载荷下单边V型切口角平分线上的应力场和N-SIF值，实现了切口试样应力场的快速评估。     

疲劳缺口系数K_f确定方法的研究

本文从实验和理论上对疲劳缺口系数进行了研究和探讨.着重考查了由名义应力转换为局部应力或应变时的转换因子对 Smi-th 损伤参量的影响.理论计算和实验结果均表明:当名义应力较大时,疲劳缺口系数与载荷关系不大,可以用其平均值作为疲劳缺口系数.     

金属材料疲劳行为的应力场强法描述

基于近年来发展的应力场地对金属材料的多种疲劳行为作了系统的描述，给出了缺口疲劳系Ｋｆ，疲劳尺寸系数ε，疲劳加载方式因子ＣＬ，多轴疲劳极限方程，缺口件Ｓ－Ｎ曲线的预测等多方面的定量描述，并引用了大量的实验数据加以验证，由此表明应场强法是一种很好的抗疲劳设计方法。     

Q235钢缺口试样拉压低循环疲劳的实验研究

以Q235钢制U型缺口板试样为研究对象,用有限元方法计算其缺口根部等效应变幅对应的试样标距段位移,以此控制试验机进行拉压循环疲劳试验。然后用局部应力应变法对试验测得的寿命结果进行分析。结果表明：无论用有限元还是修正Neuber公式计算缺口根部的应力应变,局部应力应变法的疲劳寿命评估只适用于缺口半径较大的试样;对缺口半径较小试样的估计寿命明显低于实测值,且有限元法比修正Neuber法更保守。进而又对试样缺口区域应变梯度的影响进行了探讨：参照有限元计算的应变梯度,利用Taylor模型估算了缺口根部的屈服应力和流动应力;在此基础上重新计算应变分布并估计试样的疲劳寿命,结果证实考虑应变梯度影响可改善缺口试样的疲劳寿命估计。     

Particle flow study on strength and meso-mechanism of Brazilian splitting test for jointed rock mass

A discrete element method （DEM） called particle flow code （PFC2D） was used to construct a model for Brazilian disc splitting test in the present study. Based on the experimental results of intact Brazilian disc of rock-like material, a set of micro-parameters in PFC2D that reflected the macro-mechanical behavior of rock-like materials were obtained. And then PFC2D was used to simulate Brazilian splitting test for jointed rock mass specimens and specimen containing a central straight notch. The effect of joint angle and notch angle on the tensile strength and failure mode of jointed rock specimens was detailed analyzed. In order to reveal the meso-mechanical mechanism of crack coalescence, displacement trend lines were applied to analyze the displacement evolution during the crack initiation and propagation. The investigated conclusions can be described as follows. （1） The tensile strength of jointed rock mass disc specimen is dependent to the joint angle. As the joint angle increases, the tensile strength of jointed rock specimen takes on a nonlinear variance. （2） The tensile strength of jointed rock mass disc specimen containing a central straight notch distributes as a function of both joint angle and notch angle. （3） Three major failure modes, i.e., pure tensile failure, shear failure and mixed tension and shear failure mode are observed in jointed rock mass disc specimens under Brazilian test. （4） The notch angle roles on crack initiation and and joint angle play important propagation characteristics of jointed rock mass disc specimen containing a central straight notch under Brazilian test.     

Three-dimensional structure optimal design for extending fatigue life by using biological algorithm

This paper presents some applications of a new structural shape optimization procedure for maximizing fatigue life or inspection intervals for damage tolerant structures. In this approach, a new and simple method, which we termed FAST (Failure Analysis of Structures), for estimating the stress intensity factor for cracks at a notch, as well as an extension of the biological algorithm was employed to study the problem of optimization with fatigue life as the design objective. Research by the authors has demonstrated that the optimum shape for minimizing stress is not necessarily the optimum shape for static strength or fatigue life of a damage tolerant structure. The examples are presented that highlight this difference. The optimal shapes for stress are compared with optimized shapes found for static strength with different crack lengths. These are also compared with optimized shapes found for maximum fatigue life. The choice of initial crack size was found to have a significant effect on the optimal shapes for the structures presented.     

复合材料修补结构腐蚀扩展特性实验研究

为了研究腐蚀环境对复合材料修补结构疲劳特性的影响,开展以某型飞机加速环境谱为基础的预腐蚀试验,并采用递进式的试验方法分别完成对未修补未腐蚀、修补但未腐蚀、又修补又腐蚀的试样疲劳裂纹扩展试验。利用试验数据计算了复合材料修补构型、腐蚀环境对裂纹尖端应力强度因子影响的修正系数,并确定了通过试验验证的修补结构疲劳裂纹扩展修正模型。该模型预测腐蚀环境下修补结构的疲劳寿命与试验值一致。试验数据和预测模型可为海军飞机复合材料修补结构的损伤容限设计提供参考。     

Fatigue strength of welded joints based on local, semi-local and nominal approaches

Analysis based on the so-called “local approach” is made to estimate the fatigue strength of welded joints. Numerical analyses or strain gauges are employed for finding the stress and/or strain state in the vicinity of the weld toe. The notch stress intensity factor (NSIF) approach applied to fillet welded joints, as far as the opening angle between the weld and the main plate surface is constant (e.g. 135°, typical for many fillet welds), is able to rationalise the fatigue strength data both for different joint geometries and absolute dimensions. The NSIF approach has been previously developed as an extension of the Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM) to open V-notches and is based on the exponential local stress field around the V-notch tip. Several different “local approaches”, although simpler and more practical than the NSIF, are based on the stress (or strain) values determined beyond the exponential local one. To distinguish such approaches from the NSIF based one, we define the former as semi-local or nominal approaches while the latter is a local approach. The paper underlines that the local approaches, differently from the other ones, are able to unify in a single scatter band the fatigue strength data obtained from welded joints having different geometry and absolute dimensions.     

TC4钛合金超高周次轴向振动疲劳试验

应用基于压电超声疲劳试验技术开发的20kHz轴向振动疲劳试验系统,完成了室温下TC4钛合金超高周疲劳试验,获得了TC4合金在107～109周次范围内的轴向振动疲劳寿命曲线(S-N曲线);运用C.Paris推导公式预测了TC4合金材料的寿命,得到各应力水平下破坏率为50％、95％、99％的安全寿命.结果表明:在疲劳循环大于107周次时,试件仍会发生疲劳断裂,疲劳强度随循环次数的增加而下降,并不存在明显的疲劳极限.TC4合金的S-N曲线在107～109周次的范围内呈连续下降型.在轴向振动超高周疲劳试验中,试件的裂纹扩展寿命只占其在50％破坏率下疲劳安全寿命的一小部分,其疲劳寿命主要由试件的裂纹萌生寿命决定.