复杂载荷下的疲劳寿命估算

从疲劳过程本质上是材料静强度不断退化过程的观点出发，建立了一个强度退化模型．将模型应用于两级、多级和随机载荷下疲劳寿命估算，经试验和算例验证，表明该方法是合理可行的     

基于剩余强度衰减退化的非线性累积损伤准则及其可靠性定寿

零件的疲劳破坏是一个损伤逐步累积、承载能力逐步下降的过程,其疲劳强度随其承受的载荷和频次而不断衰减.通过研究疲劳过程中材料剩余强度衰减退化的规律,从疲劳损伤的定义出发,把剩余强度退化通过一个衰减系数引入到损伤的定义中,提出考虑材料强度性能退化的非线性累积损伤模型来修正Corten-Dolan理论模型.该模型不但考虑了载荷间的相互作用效应,而且还考虑了载荷加载历史引起的强度退化的影响.同时提出了一种基于剩余强度衰减退化的零件疲劳寿命可靠性分析方法,即在假设剩余强度分布服从对数正态分布下,用零件的剩余疲劳损伤强度计算疲劳可靠度和预测零件疲劳可靠性寿命.通过基于修正Corten-Dolan模型的疲劳寿命预测和算例对比分析,该模型完善了传统Corten-Dolan理论模型的适用范围,提高了预测精度.以恒幅载荷作用下的疲劳可靠性描述为例,通过对比模型分析值和实验值,证实了基于剩余强度衰减退化的疲劳寿命可靠性分析模型的可行性,并可以推广至多级载荷作用下的疲劳可靠性寿命的预测.     

疲劳载荷下路面的统计损伤和失效研究

从损伤力学的角度出发，基于路面材料应力应变试验曲线建立了反映路面破坏全过程的统计损伤演化模型和统计损伤本构方程，并对路面统计损伤变量进行了合理修正，使之更适合一般情况。同时分析了疲劳过程中路面强度退化情况及疲劳失效条件，得出路面疲劳失效应与路面损伤程度和应力水平两个因素有关。并根据疲劳过程中材料强度退化的事实及其规律，提出了随机载荷下路面的疲劳失效概率计算思路。以此为路面的预测和评价，及优化养护决策，使之获得更好的使用价值和经济效果提供参考。     

基于Gamma过程的金属材料剩余强度退化模型

针对多级载荷作用下零件剩余强度未考虑加载次序的问题,基于Schaff模型,引入载荷次序影响因子,对Schaff模型进行修正,建立考虑载荷加载次序影响的等损伤比剩余强度预估模型.借助Gamma函数的形状参数和尺寸参数对零件的强度退化过程进行描述.采用45^#钢和30CrMnSiA的疲劳试验数据验证模型的准确性.结果表明:修正的等损伤比剩余强度模型预测精度要优于Schaff模型,且Gamma过程与零部件强度退化过程相吻合.     

基于动态剩余S-N曲线的线性疲劳寿命预测模型

为估算结构在变幅载荷下的疲劳寿命,在动态剩余S-N曲线的基础上,结合材料的退化规律,对材料受载过程中的累积疲劳损伤进行了量化,提出了一种预测变幅载荷下线性疲劳损伤预测模型。根据热轧16Mn钢和20Cr2Ni4A标准圆柱齿轮多级载荷下疲劳寿命试验数据,对提出模型的疲劳寿命预测能力进行了验证。结果表明：基于强度退化的线性疲劳寿命预测模型相对传统Miner法则和材料记忆退化累积模型的预测结果更接近试验结果,具有较高的预测精度。     

一般大气环境侵袭与疲劳荷载共同作用下RC梁抗弯承载力时变模型

首先综合钢筋混凝土(RC)结构中混凝土强度时变规律以及钢筋强度和截面积时变规律的现有研究成果,得到RC梁在一般大气环境下的抗弯承载力退化模型。然后根据模型梁疲劳试验数据,拟合出疲劳荷载作用下RC梁的抗弯承载力退化模型。通过引入影响系数αE,将这两个模型进行耦合,建立了一般大气环境侵袭和疲劳荷载共同作用下的RC梁抗弯承载力时变模型,并根据文献资料中的试验数据拟合得到αE的计算公式。利用本文模型可测算RC梁在服役期内的抗弯承载力演变过程。     

超高压输电导线疲劳强度衰减规律

 钢芯铝绞线疲劳破坏是一个损伤不断累积、强度逐步下降的过程。导线的疲劳强度随其所受的动载荷和导线振动次数的增加而下降,当导线的剩余强度等于此时的动弯应力时,导线发生疲劳断股。因此,研究导线的剩余强度对导线疲劳断股及导线损伤具有重要意义。本文结合超高压输电导线结构特性及受力特性基于非线性强度退化模型推导出了钢芯铝绞线的疲劳剩余强度模型,并根据国际大电网会议中给出的较为保守的导线S-N曲线计算得出了模型中相关参数。通过对导线疲劳剩余强度模型进行实例分析说明了该模型的可行性。研究表明,导线强度衰减程度与载荷加载次数呈非线性关系,不同载荷下导线强度衰减速度不同,导线强度衰减量与导线振动强度及导线振动时长呈正相关,同一载荷下导线强度衰减速度随着载荷加载次数的增加而变快。     

考虑疲劳损伤的栓钉式组合梁剩余承载力计算方法

为研究钢-混组合梁在疲劳荷载下剩余承载力退化规律，引入考虑栓钉初始缺陷的基于断裂力学的承载力退化模型及经典钢梁、混凝土板承载力退化模型，并通过考虑不同疲劳荷载后退化为非完全抗剪结构的剩余极限承载力计算模型，建立了组合梁在常幅疲劳荷载下的剩余承载力预测计算方法，通过典型5组试验梁疲劳试验数据的对比验证了所提出的预测方法的有效性，在此基础上对关键影响因素进行了参数分析.结果表明：本文提出的承载力计算方法具有较高的准确性，误差控制在8%以内；疲劳加载下，组合梁各构件强度以不同速率发生退化，栓钉最快，钢梁次之，混凝土板最慢，且加载前期组合梁承载力退化程度由钢梁主导，后期由栓钉连接件主导；承载力退化速率随着加载次数的增加而不断增加，前期增长较缓，基本呈线性分布，后期增加迅速，呈指数型分布，其后期承载力衰减占总衰减的比例可高达70%以上；栓钉间距（抗剪连接度）、栓钉初始缺陷、荷载幅值是控制疲劳承载力退化的重要因素，需在工程设计中加以控制以满足桥梁正常运营.     

一种预测疲劳后复合材料单钉连接剩余强度的方法

复合材料机械连接件的疲劳问题在飞机结构设计中愈显突出。以复合材料层合板疲劳中刚度退化模型为基础,分析了复合材料单钉连接件在疲劳过程中细观机理,建立了复合材料单钉连接剩余强度预测公式;并开展了CCF300/BA9916-ⅡS复合材料单钉连接疲劳试验。结果表明,公式预测结果与试验结果取得较好的吻合。     

钢筋混凝土柱低周疲劳力学性能分析

在以往12根1/2比例钢筋混凝土柱低周疲劳试验研究基础上,分析了不同位移幅值下弯曲型破坏混凝土柱的累积损伤发展规律,重点研究了钢筋混凝土柱的强度退化、刚度退化、能量耗散等力学性能。研究结果表明：钢筋混凝土柱的低周疲劳破坏过程一般可分为损伤迅速发展、相持及破坏3个阶段;强度退化和刚度退化与构件的损伤过程发展一致,导致其产生的根本原因是构件弹塑性性质及损伤的发展;构件破坏时滞回耗能随加载路径不同而存在显著差异,裂缝的开展和分布状态对构件耗能能力有明显的影响。     

考虑多失效模式老龄平台结构可靠性分析

针对老龄平台结构存在的多种退化失效因素,综合考虑疲劳失效、腐蚀失效和静强度失效这3种失效模式,建立每种失效模式的可靠度模型,并相应给出可靠度计算方法.通过相关系数研究任意两种失效模式之间的相互影响,进而提出两种计算3种退化失效模式全耦合作用下可靠度的方法:一是根据O. Detlevsen窄界限理论计算可靠度指标上、下限,二是通过将疲劳裂纹扩展和腐蚀退化引起的总抗力衰减引入静强度退化失效模型中,得到3种失效模式的耦合失效概率.实际算例结果表明:在不同服役阶段构件具有不同的主导失效模式;任意两种失效模式的耦合可靠度均低于单一失效模式的可靠度,3种失效模式耦合可靠度最低.     

一种纤维增强复合材料的力学化学疲劳模型

在充分考虑疲劳过程中聚合物基复合材料内部所发生的化学变化的基础上，引入周期力学活化能与剩余强度系数的概念。提出了一种新的纤维增强复合材料的力学－化学疲劳模型，从力学化学效应的角度可以较好地解释间歇疲劳寿命大于连续疲劳寿命，含氢键介质可以延长材料的疲劳寿命等现象，而且采用这种力学－化学疲劳模型对复合材料疲劳过程的剩余强度进行了预测，其结果与试验值吻合得很好。     

基于疲劳试验数据的风电叶片刚度退化分析

玻璃纤维复合材料风电叶片的刚度退化是叶片力学性能疲劳变化的重要体现,以叶片疲劳试验数据为依据,对叶片进行刚度退化分析.基于复合材料层合板的疲劳破坏机理,将叶片结构等效简化为一端固定一端自由的悬臂梁,基于悬臂梁模型建立叶片的应力-应变分析模型,通过对叶片的疲劳试验数据的处理,实现叶片疲劳试验下的刚度退化规律分析.结果表明:在疲劳试验中叶片承受了20 a设计寿命的等效疲劳振动次数后,尚未失效.同时在该疲劳试验过程中,薄弱纤维断裂与基体裂纹饱和引起了纤维排布的改变,导致了叶片疲劳过程中出现了刚度略微上升的现象.     

矿用自卸车轮边减速器传动系统动态可靠性研究

轮边减速器传动系统作为轮毂驱动系统的核心部件,其可靠性直接影响轮毂驱动系统乃至整车的运行可靠性和工作寿命.针对现有轮边减速器传动系统可靠性评估只考虑单一齿面失效或齿根失效的不足,提出考虑二者失效相关的动态可靠度计算方法.首先,在考虑齿轮材料强度退化的前提下分别建立齿面、齿根强度退化随机模型;然后,基于应力-强度干涉理论并采用Monte Carlo方法计算得到2种失效形式下考虑强度退化的齿轮动态可靠度曲线;其次,根据Copula理论建立同时考虑2种失效形式相关性的单一齿轮动态可靠度数学模型;最后,应用Sklar定理对零件失效过程的相关性进行描述,建立轮边减速器传动系统动态可靠度数学模型.通过算例验证结果表明:该方法能够揭示多失效形式和多因素相关条件下系统疲劳寿命与各零部件疲劳寿命之间的关系,可以为轮边减速器传动系统的可靠性评估和预测提供理论依据.     

钢筋混凝土梁疲劳累积损伤过程的等效静力分析方法

为了实现对钢筋混凝土梁疲劳性能的全过程分析和剩余承载力评估,提出一种混凝土构件疲劳累积损伤过程的等效静力分析方法。通过对材料疲劳刚度、强度退化和疲劳残余变形累积发展规律进行分析研究,建立混凝土和钢筋任意加载次数后的疲劳本构模型;基于混凝土材料在静态荷载与疲劳荷载作用下破坏的相似性,构建疲劳荷载与静载作用的等效关系,提出钢筋混凝土构件疲劳性能的等效静力分析方法。采用该方法对某混凝土试验梁进行疲劳性能分析。研究结果表明:所获得的数值模拟结果与实验值变化规律一致,吻合程度良好,验证了该方法的有效性和实用性。     

基于马尔可夫过程的风电齿轮箱齿轮强度退化模型

为了对风电齿轮箱中齿轮的强度退化规律进行研究,基于马尔可夫过程的基本原理,以2 MW风电齿轮箱中太阳轮为研究对象,根据风速与齿轮应力之间的转换关系得到各风速区间所对应的平均应力及其出现概率;结合材料的S-N曲线,计算出齿轮强度从初始状态转移至最终状态的概率,并根据线性疲劳累积损伤理论构造出强度的状态转移概率矩阵;最后定义初始状态概率分布向量,结合状态概率转移矩阵,采用加权平均的方式计算出各时刻的强度均值,描绘出齿轮的强度退化轨迹.文中方法考虑了强度退化过程中各阶段的相关性,能够有效地反映齿轮在服役期间内的强度退化规律,对研究风电齿轮箱中齿轮的强度退化具有一定指导意义.     

混凝土抗拉疲劳剩余强度损伤模型

基于连续体损伤力学理论,建立了各向异性混凝土抗拉疲劳剩余强度衰减模型.模型中采用了基于应变能量释放率空间的边界面模型,通过极限断裂面的不断移动模拟疲劳过程中损伤阈值的不断变化.提出了在高周疲劳过程中损伤模量表达式中的D为一与剩余强度有关的变量的观点,并给出了函数表达式.结合已完成的混凝土疲劳抗拉剩余强度试验,确定了模型的参数,并验证了模型的有效性.     

不同加载模式下弯剪破坏RC桥墩抗震性能试验研究

为研究不同地震荷载对钢筋混凝土(RC)桥墩抗震性能的影响规律,采用单调、标准变幅循环和等幅低周疲劳加载对9个轴压比分别为0.05和0.15的RC桥墩进行拟静力试验,考察了不同加载模式下RC桥墩的破坏特征,对比分析了其强度和刚度退化、滞回耗能及残余变形,最后回归了弯剪破坏型RC桥墩低周疲劳寿命与位移角的关系．结果表明：低周疲劳荷载下,随位移幅值的增大,试件残余变形和平均单周耗能均增加,加载循环次数减少且强度和刚度退化严重,在临近破坏时退化最显著;随轴压比的增大,平均单周耗能和累积耗能均增加,但残余变形减小,试件塑性变形能力减弱．单调荷载下试件延性最好,变幅循环和等幅低周疲劳荷载均会削弱试件变形性能,随低周疲劳加载位移角的增加,试件的强度和刚度明显退化,低周疲劳寿命减少．     

日历环境对飞机疲劳关键件性能影响研究

针对飞机老龄化带来的结构安全问题,开展2A12-T4铝合金标准试样模拟不同停放日历年的加速环境试验和疲劳实验,计算得到细节疲劳额定强度(DFR)的变化规律,建立基于动态S-N曲线法的疲劳关键件性能退化计算模型,并与退役飞机同种材料试样疲劳寿命对比.结果表明,采用动态S-N曲线法和DFR法建立的寿命预测模型与真实值吻合较好,飞机疲劳关键件的疲劳性能会随着停放日历时间的延长而降低.     

船体时变可靠性分析

利用船体梁强度的单调退化特性，确定在设计寿命内船体强度的最小值。由船体强度的最小值和载荷的最大值，根据经典的时不变可靠性理论，构造了一种新的时变可靠性表述形式。同Guedes Soares和Garbatov的基于随机过程上跨率的时变可靠性表述形式相比，这种新的时变可靠性表述形式，既能够展现疲劳和腐蚀所导致的船体可靠性随时间的连续变化，同时又避免了数值积分的麻烦。因此这种方法计算量小，计算效率高。