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。     

基于韧性耗散模型的损伤定量分析方法

材料的静力韧性便于工程测量,对疲劳损伤较其它宏观损伤变量更敏感。本文以材料静力韧性为宏观损伤变量,依据疲劳过程中金属材料韧性随疲劳循环加载而变化的实验结果的规律分析,得到了应力和循环数表达的损伤演化方程和损伤累积模型。该模型能较好地反映加载顺序的影响。推导出该疲劳损伤累积模型在多级加载下的递推公式。经四种金属材料疲劳试验数据验证结果表明,该模型预测疲劳寿命是较为满意的。由于疲劳试验数据分散性大,结果有待进一步验证。     

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.     

FRP疲劳累积损伤理论研究进展

纤维增强树指复合材料（FRP）已成为高性能结构的先进材料。本文对FRP疲劳累积损伤理论作了详细的回顾,它们可分为剩余寿命模型、剩余刚度模型、耗散能模型、Markov链模型和其它经验公式。还用两个大样本实验数据对这些模型作了分析对比,结果表明:除Yao和Himmel的剩余强度模型略优一些,其它模型则与传统的Miner模型不相上下。      

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。     

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。     

基于数据驱动的增材制造铝合金的疲劳寿命预测

增材制造金属材料的疲劳损伤及寿命预测问题是当前研究的热点.论文以增材制造AlSi10Mg为典型应用对象,采用数据驱动方法开展疲劳寿命预测,考虑到其疲劳试验数据有限,采用经过试验验证的可靠的理论模型和数值计算方法来获取足够的疲劳数据,以弥补试验数据的不足.首先,提出了基于缺陷特征参数的疲劳损伤模型,其次,建立了理论模型的数值实现方法,并将数值计算结果与试验结果进行对比,验证了所提方法的可靠性.然后,开展数据驱动模型的训练与预测,采用K最近邻的数据驱动算法预测了增材制造AlSi10Mg的疲劳寿命,最后,深入分析了疲劳寿命随增材制造内部缺陷、疲劳载荷的变化规律,研究了数据驱动模型的训练数据量及模型参数对预测精度的影响.     

一种新的多轴高周疲劳寿命预测模型

分析和讨论3种典型载荷(单轴拉压、纯扭及90^\circ非比例)情况下的5组损伤控制参数,提出了一种以临界面上最大剪切应力幅和最大法向应力的非线性组合作为损伤控制参数的多轴高周疲劳寿命预测模型, 该模型考虑了平均应力对疲劳寿命的影响, 比现有的疲劳预测模型具有更宽的金属材料适用范围. 两种不同类型材料下的多轴非比例试验的预测结果表明,模型的预测结果与试验符合较好.      

吊车荷载作用下钢结构吊车梁的疲劳可靠寿命评估

从Miner累积损伤的定义出发，视累积损伤为随机过程，临界损伤为随机变量，基于疲劳动态可靠性理论，提出了在役钢结构吊车梁疲劳剩余寿命的可靠寿命评估法。之后与现行《钢结构检测评定与加固技术规程》(YB9257-96)中安全期限寿命评估法进行了分析比较，说明了安全寿命评估方法的概率意义。算例分析结果表明，本文提出的可靠寿命评估方法更加合理。     

40Cr钢疲劳裂纹萌生寿命的测量

用系统分析的方法，通过三点弯曲疲劳试验，分别跟踪监测了40Cr钢及它的两种表面处理试样疲劳损伤过程，得出了40Cr钢经过两种表面处理对其疲劳裂纹萌生寿命有显著影响的结果，提出了对疲劳裂纹萌生寿命测量的一种新方法。     

基于能量耗散分析的混凝土随机疲劳损伤模型

基于微-细观随机断裂模型(MMSF)发展了一类混凝土随机疲劳损伤模型。该模型将MMSF中的微弹簧视为一能量耗散单元并考察了其跨尺度的能量耗散过程。在纳观尺度,引入速率过程理论描述裂纹的扩展速度,并基于裂纹层级模型和自相似假定完成从纳观尺度到微观尺度的过渡。由此建立了微弹簧在疲劳荷载作用下的多尺度耗能描述。此外,为了考虑疲劳加载中混凝土多条裂纹的相互影响,引入了包含损伤扩展效应和损伤愈合效应的疲劳损伤因子来修正耗能表达。通过与相关试验的对比,证明了该模型能反映疲劳荷载作用下混凝土的主要力学行为,如疲劳损伤三阶段特点、疲劳寿命的离散性和疲劳寿命随加载频率的变化趋势等。     

Strength of damaged polycarbonate after fatigue

A fatigue damage model is proposed to establish a predictive formula for the fatigue service life of polycarbonate (PC) materials. A damage variable is introduced in terms of remaining fracture strain, and a new fatigue damage evolution relation is derived to characterize the extent of fatigue damage after a certain number of loading cycles. Fatigue tests were conducted to construct the stress amplitude versus the fatigue life curve. After different numbers of cycles of fatigue, the new damage variable for PC materials was measured by pulling damaged specimens to fracture under monotonic loading. Experimental results on damage evolution and fatigue life have a good agreement with those predicted by the proposed damage model.     

高周疲劳的损伤-硬化模型

两级循环加载条件下,材料的剩余寿命强烈地依赖于加载历史。究其原因,不同加载历史将引起材料的微结构发生不同的变化,使得材料的硬化效果和变形行为表现出明显的差异,从而影响了损伤的演化过程。本文引入硬化状态变量来表征加载历史对疲劳损伤演化过程的影响。通过对两级循环加载下损伤演化规律和剩余寿命的研究,认为在两级（或多级）加载条件下,材料的损伤演化和剩余寿命强烈地依赖于加载历史造成的损伤和硬 化状态。     

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.     

A damage function used for prediction of low cyclic fatigue life

Ｉｔｉｓｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓｔｈａｔｔｈｅｄａｍａｇｅｍｅｃｈａｎｉｃｓｉｓｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｉｎｓｔｕｄｙｉｎｇｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｐｒｏｂｌｅｍｓ．Ｔｈｅｋｅｙｔｏｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｉｓｔｏｄｅｆｉｎｅａｎａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｄａｍａｇｅｖａｒｉａｂｌｅｗｈｉｃｈｈａｓａｃｌｅａｒｐｈｙｓｉｃａｌｍｅａｎｉｎｇａｎｄｓｈｏｕｌｄｂｅｍｅａｓｕｒｅｄｂｙａｓｉｍｐｌｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐｒｏｃｅｄｕｒｅ,ａｎｄｔｈｅｖａｒｉａｂｌｅｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ…     

谐振载荷作用下工程结构振动疲劳寿命预估的损伤力学-有限元法

建立了预估谐振载荷作用下结构振动疲劳寿命的损伤力学-有限元方法。首先根据损伤热力学原理,构建了损伤演化方程,建立光滑试件在恒幅应变交变载荷作用下寿命预估方法;进一步由损伤力学守恒积分原理,得到恒幅重复载荷作用下应力与寿命的关系式;然后根据标准件疲劳试验结果,拟合得到损伤演化方程中的材质参数;最后利用APDL语言编程对ANSYS软件进行了二次开发,借助ANSYS软件对谐振载荷作用下结构振动疲劳裂纹萌生寿命进行预估。作为算例,本文利用该方法预估了LC9CgS1铝合金梁谐振载荷作用下疲劳裂纹萌生寿命。     

随机载荷作用下结构疲劳损伤的累积

本文提出了一种计算在随机载荷作用下具有随机疲劳强度的结构的累积疲劳损伤与疲劳寿命的概率密度函数及可靠性函数的方法.对在平稳窄带高斯随机应力作用下的金属与钢筋混凝土构件,给出了上述函数的解析表达式.数例计算表明,理论结果与数字模拟结果颇为吻合.     

一个修正的金属材料低周疲劳损伤模型

疲劳破坏是金属最常见的失效形式之一.基于连续损伤力学理论和能量原理,论文提出了一个修正的金属材料低周疲劳损伤演化方程,该方程综合考虑了材料的塑性强化、微裂纹闭合效应等因素对损伤累积的影响.将修正后的损伤演化方程以UMAT子程序的形式导入有限元计算软件ABAQUS之中,建立了疲劳损伤的计算模型,并以铝合金7050-T7451为例对该模型的有效性和适用性进行了验证.     

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为降低用来确定疲劳极限的升降法试验的工作量，以热力学为基础，引入损伤驱动力，构建 损伤演化方程. 积分此方程得到疲劳寿命与应力或应变的理论关系. 对光滑试件，根据成组 法疲劳试验结果利用最小二乘法拟合包括疲劳极限在内的材质参数. 利用损伤力学方法求得 高应力区的疲劳寿命曲线，由此递推得到低应力区寿命值和疲劳极限. 所得理论疲劳极限值 与升降法疲劳试验结果十分吻合. 节约了疲劳试验的机时、费用与人力.