复合材料层压板疲劳寿命预测方法

测定了碳纤维／树脂基T300／QY8911复合材料的3组典型单轴循环应力下的S-N曲线．基于试验数据，建立了多轴循环应力作用下单向板的寿命模型，并通过整合平面应力分析、失效分析和材料性质退化模块模拟多向层压板的疲劳失效过程．这种方法试图基于单向板在确定应力比下的疲劳试验结果，预测同种材料体系的任意铺层形式的多向层压板在复杂循环应力作用下的疲劳寿命．对于以分层破坏为主控因素的层压板，基于层间应力的计算结果，用计算面内累计损伤的方法计算分层损伤，层压板的寿命等于分层扩展寿命和分层后子层板剩余寿命之和．考虑分层扩展后，层压板的寿命预测结果得到明显改善．     

基于疲劳模量的复合材料层合板疲劳寿命预测方法

以碳纤维/树脂基T300/QY8911层合结构为研究对象,从唯象的观点出发,以疲劳模量为参量构造损伤函数,基于.几组最典型的单向板疲劳试验数据,采用等寿命曲线和复合型累积损伤建立了单向板在多轴循环应力作用下的疲劳寿命模型.并以此为基础,发展了同种材料体系的任意铺层形式的多向层合板在复杂循环载荷作用下的疲劳寿命预测方法和计算程序,通过整合有限元平面应力分析、失效分析和材料性质退化模块模拟了多向层合板的疲劳失效过程.算例结果表明该方法可行、有效.     

考虑层间应力的复合材料层压板静强度分析

构建了由刚性元、弹簧元和二维板元构成的准三维有限元模型,发展了一种考虑层间应力的、多向层压板静强度分析方法,包括应力分析、失效分析及材料性能退化三个主要部分,能够模拟面内和层间损伤产生、发展直至层压板整体破坏的完整过程,并得到强度值.对两种复合材料层压板进行了实际计算,静强度预测结果与试验结果吻合较好,同时预测并给出了损伤的分布及其在不同载荷下的演变过程.     

基于损伤力学的疲劳全寿命数值预估方法

疲劳失效是影响结构件使用安全的主要问题,对疲劳寿命进行准确预测具有重要的工程意义。基于采用平均应力修正的损伤力学演化模型,结合有限元法建立了同时考虑裂纹萌生与扩展的疲劳全寿命数值预估方法。为了验证该方法,开展了不同应力水平下铝合金开孔板试样疲劳试验与疲劳数值模拟。结果表明,基于所建立的疲劳数值分析方法能够有效预测开孔板裂纹扩展过程及疲劳全寿命,预测寿命误差带在两倍以内。     

含孔复合材料厚板渐进失效分析

基于厚板理论和材料的参数退化准则,以三维HASHIN准则作为失效判据,研究了一种考虑Z向应力复合材料层压板结构的渐进失效计算方法,发展了复合材料中厚尺度含孔层压板渐进失效模型。使用ABAQUS软件的用户材料子程序UMAT,编写材料属性程序,建立含孔复合材料厚板的渐进失效分析模型,较好地预测了复合材料层压板的损伤扩展过程,并预测的极限强度与复合材料层压板开孔拉伸标准试验的试验数据吻合较好,验证了该模型在预测复合材料层压板极限强度上的有效性,该模型在对网格划分的简化极大地提高了计算效率。     

描述微裂纹成核与扩展的疲劳损伤多尺度模型及其应用

利用多尺度模拟的方法建立了针对疲劳损伤累积过程中微裂纹成核与扩展阶段的疲劳损伤多尺度模型,对模型的有效性进行了实验验证,并将其应用于变幅疲劳载荷下某装甲车传动轴的疲劳寿命评估中.研究结果表明,所提模型能同时预测宏观尺度疲劳损伤与细观尺度微裂纹的成核与扩展率,利用该模型所预测的宏观疲劳损伤值与实验所测值相符.该模型既能合理地描述宏观尺度下不同应力水平的疲劳损伤演化过程,又能综合反映细观尺度下微裂纹的成核与扩展行为.利用这种多尺度疲劳损伤模型可以预测结构在疲劳微裂纹成核与扩展阶段所消耗的疲劳寿命,为各类结构疲劳损伤累积过程评估和准确进行寿命预测提供了一种新途径.     

基于隶属函数的小幅载荷结构疲劳寿命预测模型

针对Miner理论没有考虑应力级间相互作用和忽略低于疲劳极限的小幅载荷的影响,提出一种新的结构疲劳寿命预测模型.该模型采用隶属函数分析小幅载荷对构件造成的损伤,引入强化因子来描述各级应力对下级载荷所产生损伤的影响.算例结果分析表明,新模型与Miner累积损伤模型相比更能准确预测构件在随机载荷下的疲劳寿命,在工程中具有一定的实用价值.     

考虑应力松弛的涡轮盘蠕变-疲劳寿命快速预估方法

对于航空发动机涡轮盘来说,主要存在蠕变失效和疲劳失效这两种失效模式;在循环工作条件下,蠕变损伤和疲劳损伤不断累积,且蠕变损伤和疲劳损伤存在交互作用.此外,由于金属材料在高温和高应力下存在明显的蠕变变形,从而造成涡轮盘存在应力松弛现象.因此,蠕变-疲劳损伤分析就成为涡轮盘寿命预测的重要组成部分.基于线性损伤累积理论,提出了在典型梯形循环转速谱作用下考虑应力松弛的涡轮盘蠕变-疲劳寿命的工程化快速算法.并利用算例验证了该方法的有效性.     

防松帽搭接焊缝力学性能及分区建模方法

为了建立精细有限元模型,提高焊缝疲劳寿命仿真预测精度,需准确获取焊缝区的组织及材料力学性能分布.通过金相试验得到了焊缝区域组织分布,结合硬度试验和经验公式获取了焊缝微小区域组织应力-应变曲线参数.根据试验结果分析提出一种焊缝分区建模方法,并利用准静态拉伸试验验证了该方法的正确性,为进一步分析焊缝区域失效机制以及预测疲劳寿命奠定了基础.     

考虑全平面损伤参量的多轴低周疲劳预测方法研究

实际工程结构往往处于复杂的多向受力状态,在循环荷载下其薄弱点发生的疲劳断裂多属于多轴疲劳失效模式.目前疲劳寿命预测方法多集中于单轴疲劳理论,忽略了多轴疲劳问题的现实性和复杂性.首先介绍了多轴疲劳的概念和特点,回顾了多轴低周疲劳寿命预测方法,针对基于临界面准则的疲劳预测方法进行了总结归纳,对比了各模型的适用范围和优缺点.研究了多轴非比例路径下剪应变幅的变化情况,考虑了其旋转造成的全平面疲劳损伤,提出了一种新的非比例路径因子反映剪应变幅数值和方向的变化对疲劳寿命的影响,并将该系数引入FatemiSocie模型(FS模型)进行修正.通过理论值与试验值对比,发现改进后的FS模型预测精度有所提高.     

低合金超高强度钢跨尺度疲劳失效行为分析

为了研究40CrNi2Si2MoVA低合金超高强度钢的跨尺度疲劳失效行为,以约束应力区描述材料的损伤过程,以跨尺度应变能密度因子作为疲劳裂纹扩展的控制参量,建立宏微观跨尺度疲劳裂纹扩展统一模型。采用上述模型,利用光滑试样(应力集中系数Kt=1)的试验S-N曲线,拟合出疲劳模型中的材料参数。当考虑材料微结构对疲劳寿命的影响时,该模型可精确再现出疲劳试验数据的发散特性。利用该模型对不同应力集中系数下(Kt=2,3)含缺口试样的疲劳寿命进行了预测,理论计算结果与试验结果吻合良好。研究结果表明,合金钢材料的初始缺陷及微结构的演化特性,对疲劳寿命有显著影响,是疲劳试验数据发散的主要原因。     

基于神经网络BP算法的7075-T651铝合金搅拌摩擦焊焊接接头疲劳寿命预测

在对航空用5 mm厚7075-T651铝合金搅拌摩擦焊焊接接头进行低周疲劳实验研究的过程中,通过实验数据的获取,建立基于人工神经网络BP算法的搅拌摩擦焊焊接接头疲劳寿命预测模型.利用该网络模型对不同工艺参数下焊接接头的疲劳寿命进行预测.预测值和实验值比较表明,预测数据与实验数据吻合良好.该模型的建立为铝合金搅拌摩擦焊焊接接头疲劳寿命研究节省了时间.     

履带式装甲底盘侧减速器齿轮接触疲劳的可靠性分析

通过对典型路面实车试验获得的载荷数据进行处理,利用雨流计数法编制了传动系统的载荷谱.通过应力、强度干涉模型建立该底盘侧减速器可靠度的计算模型,然后利用接触强度寿命系数与应力循环次数的计算关系,求出了以行驶里程表达的主、被动齿轮接触疲劳可靠性寿命分别为11 583 km,18 533 km.分析目的在于研究侧减速器的失效机理、寿命预测方法,并通过评估其在服役环境下的使用寿命,为使用、维修和再制造提供策略、建议.     

柔性结构疲劳寿命的预测方法

讨论柔性构架结构疲劳寿命的预测方法,建立刚柔耦合多体动力学模型,计算结构危险点的动载荷时间历程;利用有限元准静态分析法,获得应力影响因子;利用模态分析技术获得结构固有频率和模态振型,确定结构的危险点位置.基于危险应力分布的动载荷历程,结合材料特性曲线以及线性损伤理论,进行标准时域的柔性结构应力应变的循环计数,损伤预测和寿命估计.应用该方法对构架结构进行疲劳寿命预测,结果表明,该预测方法预测精度有效,可以有效提高结构耐久性设计质量.     

随机疲劳寿命的估算

概述了随机疲劳寿命估算的一般过程,就该过程中的局部真实应力应变分析的简化计算方法和随机载荷下的循环应力应变模拟及疲劳损伤进行了探讨。依据实验结果,提出了一个能量损伤模型,通过寿命估算,对提出的模型进行了验证,并将其估算结果与现有的几种典型疲劳损伤模型估算结果进行了比较。同时,还讨论了疲劳性能参数的波动对寿命估算精度的影响。     

鼓式制动器疲劳寿命预测

鼓式制动器是重型商用车的关键安全部件,研究其疲劳寿命预测方法具有重要的工程意义。制动鼓的开裂是鼓式制动器失效的主要形式。该文首先建立并验证了鼓式制动器温度-应力顺序耦合的有限元模型,并获取了加速疲劳工况下制动鼓的动态应力曲线;然后拟合了高温状态下内表面材料的应力应变关系,代入动应力曲线作为疲劳载荷,使用Manson-Coffin-Basquin模型计算得到内表面各点的失效寿命;最后借助加速疲劳试验结果验证了鼓式制动器的疲劳寿命预测方法。该方法分析了制动器在实际工作过程中的热机载荷波动,考虑了制动鼓材料高温状态性能下降的影响,能够满足工程中制动器失效行为预测的使用需要,可为后续的优化设计奠定基础。     

基于损伤力学与安全衰减路径的含裂纹缺陷压力容器扩展寿命分析

针对含裂纹缺陷压力容器的疲劳裂纹扩展寿命问题,在裂纹缺陷的安全衰减路径仿真基础上,提出了一种预测裂纹缺陷疲劳扩展寿命的计算方法。首先根据裂纹长度和深度的几何关联变化模型,基于该关联模型与失效评定图（FAD）仿真裂纹缺陷的安全衰减路径轨迹,然后采用数学积分方法求解安全衰减路径的长度和剩余轨迹线段长度,以此为度量建立裂纹缺陷安全裕度及损伤程度的计算模型,结合低周疲劳试验数据,在Lemaitre能量损伤理论上建立一种裂纹疲劳扩展寿命预测模型。此外,本文对某压力容器进行了算例分析,并运用本文提出的模型计算结果与Paris公式的计算结果及扩展有限元仿真的结果进行对比,结果表明,该方法对压力容器含裂纹缺陷的疲劳寿命评估有一定的实用价值。     

基于二阶粒子群算法优化的神经网络再制造工件疲劳寿命预测

再制造工件多元异质材料特性及工艺参数对疲劳寿命的影响,使得传统的疲劳寿命计算方法无法适用于再制造工件,针对此问题建立了再制造工件疲劳损伤预测修正模型,并通过疲劳试验分析了不同熔覆厚度和宽度条件下对试件疲劳强度和可靠性寿命的影响,同时获取了寿命预测修正系数;进而采用二阶粒子群算法优化的反向传播(back propagation,BP)神经网络,构建了材料性能参数、应力水平及再制造工艺影响因素与疲劳寿命之间的关系模型,针对再制造工件进行寿命预测。结果表明,神经网络的预测结果与试验数据相符,优于数值计算预测模型,为实现再制造工件的疲劳寿命预测提供了一种新的方法和手段。     

多轴载荷下GH4169合金疲劳寿命预测

基于多轴疲劳临界损伤面原理,在对GH4169合金薄壁圆管和缺口试件的高温疲劳特性及有限元应力-应变关系进行分析的基础上,通过引入三轴因子FT,应用von-Mises准则提出了一个能够适用于GH4169合金不同应力状态的多轴疲劳损伤参量.新的损伤参量考虑了临界面上最大剪应变和法向应变对多轴疲劳损伤的不同以及应力状态对多轴疲劳寿命的影响.该多轴疲劳损伤参量不含有经验常数,便于工程应用.利用新的多轴疲劳损伤参量,结合Manson-Coffin方程,建立了新的多轴疲劳寿命预测模型.预测结果表明,该模型较准确地预测了GH4169合金薄壁圆管和缺口试件的高温多轴疲劳寿命.     

CFRP筋粘结型锚具的疲劳损伤模型

通过两种碳纤维复合材料CFRP筋锚固系统在不同疲劳应力比加载条件下的恒幅疲劳试验,借助背面应变片技术,研究了不同疲劳应力比对CFRP筋粘结型锚具疲劳响应的影响;基于Goodman方程,建立了恒幅疲劳荷载下粘结型锚具的疲劳损伤预测模型;通过试验数据与数值模型相结合的分析手段,探究了疲劳应力比对粘结型锚固系统疲劳响应的影响.结果表明:该疲劳损伤模型预测的结果与试验观察数据吻合良好;粘结型锚固系统在疲劳过程中的背面应变变化状态能较好地反映锚固系统内部的疲劳损伤状况,证明背面应变片技术适用于该粘结型锚固系统,且采用基于背面应变的疲劳损伤模型能够很好地模拟应力比对粘结型锚具疲劳响应的影响.