一种多轴疲劳寿命预测的统一模型

基于SAE 1045中碳钢的单-多轴疲劳试验结果，在研究了扭转名义应力幅与拉伸名义应力幅不同比值时的多轴疲劳寿命预测模型之后，建立了统一的多轴疲劳寿命预测模型。发现：不同的扭转名义应力幅与拉伸名义应力幅之比导致不同的寿命预测模型，为寻求单轴模型与多铀统一模型的关系，假设单轴疲劳寿命预测模型中的疲劳强度指数和疲劳延性指数不变，而对疲劳强度系数乘以1．5435、疲劳延性系数乘以0．6713，以第一主应变幅取代单轴拉压应变幅，则修正后的单轴模型等价于多轴统一模型，利用修正后的单轴模型可以预测任意扭转名义应力幅与拉伸名义应力幅之比时的多轴疲劳寿命。     

后悬架多轴疲劳寿命预测

以鹅卵石强化路面的道路载荷为边界条件,考虑材料弹塑性变形,对汽车后悬架进行瞬态动力学有限元分析,利用传统的应变寿命法计算得到后悬架单轴疲劳寿命,对应力-应变时间历程的二轴性分析表明:汽车后悬架局部危险区域承受多轴非比例载荷.基于多轴疲劳理论,考虑了材料的非比例强化的影响,分析了裂纹形式,选用基于临界面法的Bannantine模型和Wang-Brown模型预测了后悬架的多轴疲劳寿命,并与单轴疲劳寿命分析结果进行了比较,研究发现,在非比例循环载荷下,疲劳寿命将大大减少,按常规的单轴疲劳寿命估算方法,将给出偏于危险的预测.     

焊接节点构造细节的低周疲劳试验研究

为了研究Q235低碳素钢平板对接焊接试件以及十字型承载V型坡口焊接试件的低周疲劳行为,采用等幅应变控制法对24个试件在不同塑性应变幅下的超低周疲劳性能进行了测试,拟合得到了两类焊接构造细节试件的疲劳寿命S-N曲线,并将测试结果与国际焊接协会发布的疲劳设计规程中同类焊接构造细节的S-N曲线进行对比.结果表明:平板对接焊接试件与十字型承载V型坡口焊接试件的裂纹起源不相同;在超低周疲劳范围内,两类焊接材料的损伤破坏主要包括材料延性损伤和循环疲劳损伤,比国际焊接协会中相同疲劳构造细节的高周疲劳寿命S-N曲线预期的疲劳强度更低,表现出更低的疲劳寿命.     

环氧树脂胶粘接的对接结构多轴疲劳寿命预测

环氧树脂胶黏剂的粘接结构已被广泛应用,多轴载荷作用下的疲劳寿命是其应用要考虑的重要问题.本文采用中空圆柱形对接试件,对其进行单轴拉压、单轴扭转、比例加载路径和非比例加载路径等不同路径下的疲劳实验,并获得了这些情况下试件的疲劳寿命.分别用SWT、FS、CHX和修正CHX的疲劳寿命预测模型对其寿命进行预测并与实验结果进行了比较.结果表明:SWT模型预测结果偏于保守,只有少部分非比例路径数据点部分落在2倍误差范围内;FS模型预测结果则过于保守,两个路径的所有数据点都远远落在2倍误差范围下方;CXH模型预测结果好于SWT和FS两个模型预测结果,两种路径的部分点都有落在2倍误差范围内.考虑到粘接结构在多轴疲劳载荷下的复杂混合失效特点,按照实验实际情况,对CXH模型进行了修正,增加两个方向应变的影响系数.采用修正后的模型对粘接结构多轴疲劳寿命进行预测,结果显示,大部分数据点都能落在2倍误差范围之内,预测结果优于以上3个模型.修正的CXH寿命预测模型适用于环氧树脂胶粘接的对接结构多轴疲劳的寿命预测.     

基于缺口应力法的焊接接头多轴疲劳分析

鉴于当前焊接接头疲劳评估曲线只适用于单轴加载情况,基于缺口应力法对焊接接头进行了多轴疲劳分析。通过联合焊接接头的多轴疲劳试验名义应力数据和有限元法所计算的缺口应力集中系数,获得了5种焊接接头的各向缺口应力;根据Von Mises、IIW和EESH 3种多轴疲劳准则计算出等效缺口应力并将其统一在同一坐标系统下;最后采用最小二乘法拟合出适用于多轴疲劳评估的缺口寿命曲线。与IIW标准推荐的单轴曲线相比,这些多轴缺口疲劳曲线具有更低的倾斜度和更高的疲劳等级,即多轴加载时明显降低了10~3~10~6次中周范围内的疲劳强度值,而对10~6~10~7次高周疲劳范围的影响则相对有限。     

基于修正Lv模型的低周疲劳寿命预估方法

当材料力学特性不同时,疲劳损伤程度受平均应力的影响不同,于是对Lv模型进行改进.首先,利用材料力学特性系数修正Walker指数,将修正后的指数引入Lv模型.同时,考虑正应变对疲劳寿命造成的影响,修正最大应力.其次,基于M-H模型对材料塑性部分的改进,修正Lv模型塑性变形部分.此外,因为2倍Walker指数对材料特性不敏感,所以引入敏感系数来提高材料受平均应力影响时的反应程度.最后,基于4种航空材料TA11、GH909、FGH96及GH4133合金的低周疲劳试验数据,对SWT模型、M-H模型、Lv模型及改进Lv模型的预估结果进行对比分析.结果表明,相比于其他3种模型,改进Lv模型预测结果具有较好的分散性,在预估精度和适用性等方面均具有较大优势.     

Q235结构钢的低周疲劳累积损伤研究

采用Q235结构钢在进行单轴及多轴两级变应变幅和变路径疲劳试验研究,在此基础上探讨金属在变幅和变路径循环中疲劳损伤累积的过程和描述方法,并对MINER线性和MANSON非线性疲劳累积损伤模型进行了检验。试验分析结果表明:MINER线性和MANSON非线性累积损伤模型对变幅和变路径循环试验的寿命预测结果基本都在2倍因子范围区内;由于金属的疲劳寿命分散性较大,仅从测试结果来看,难以判断两个模型中哪一个在预测疲劳寿命上更合理。     

回火硬度对新型中碳弹簧钢应变疲劳特性的影响

对两种新型中碳弹簧钢应变疲劳特性及其回火硬度影响进行了研究,并和中高碳弹簧钢60Si_2Mn进行了对比。结果表明:两个新型弹簧钢和60Si_2Mn都具有循环软化;在应变疲劳曲线(△ε/2～2N_f)上,弹性线和塑性线的交点随弹簧钢回火硬度的升高而向低循环寿命移动;在Monson-Coffin方程中的回归常数b和C与循环应变硬化指数n的关系大体符合b=-n/(1+5n),C=-1/(1+5n)。各钢的应变疲劳特性、组织特征和断口形貌之间有一定的对应关系。同样硬度下新钢较老钢有更高的过载抗力。     

多轴疲劳寿命预测及验证

以薄壁管试件为研究对象,分析了拉扭联合加载作用下的多轴疲劳应变变化特性·根据多轴疲劳临界平面法原理,以临界平面上最大剪应变幅、正应变幅以及表征材料总体损伤水平的非比例度为参数建立多轴疲劳损伤参量,结合MansonCoffin方程建立了多轴疲劳寿命预测模型·该模型考虑了材料总体损伤程度·模型中表征材料总体损伤的非比例度是加载参数的函数,与多轴疲劳应变变化特性密切相关·试验验证,预测寿命误差因子小于15·     

石油套管钻井中套管柱疲劳寿命实验研究

根据相似原理,在对比例试件进行多轴疲劳实验的基础上,采用Von Mises等效应力准则进行等效转换和修正,获得了石油套管管体疲劳寿命的预测模型;按照API SPEC STD 5B标准,将J55钢圆棒材料加工为偏梯形螺纹的牙型缺口试件,通过多轴疲劳实验和回归分析,获得了基于应力和应变的两参数和三参数模型以及类Manson-Coffin模型,可用来预测套管钻井螺纹接头的疲劳寿命;同时,还获得了预测误差在20%以内的石油套管钻井中套管柱疲劳寿命的预测方法。     

给定存活率下45钢的疲劳寿命估算

基于临界损伤原理,在以损伤应变范围作为金属材料疲劳裂纹萌生寿命控制参量的基础上,推导了一个新的疲劳裂纹萌生寿命(Fatigue Crack Initation Life, FCIL)估算模型,并给出了模型中始裂抗力系数和始裂门槛值与金属拉伸性能参数之间的关系。与郑氏公式不同,新的FCIL估算模型中疲劳延性指数不恒等于-0.5,而是一个材料常数,用以反映材料抵抗疲劳破坏的能力。以新的FCIL估算模型为基础,建立了含缺口45钢具有给定存活率的疲劳寿命预测公式(PSN曲线公式)。与基于郑氏公式的PSN公式相比,新的PSN曲线公式可以更为准确地预测45钢具有给定存活率的疲劳寿命。     

多轴变幅加载下疲劳裂纹扩展速度的研究

为了揭示出在多轴变幅加载下疲劳裂纹扩展速度的规律,利用了临界平面概念,把多轴载荷等效为单轴载荷,在考虑变幅加载的特征下,逐级利用恒幅疲劳裂纹扩展的速度公式,计算裂纹的总增加量,导出了等效载荷谱块作用下的疲劳裂纹扩展速度公式。通过对典型试件的疲劳寿命预测,验证了该公式的正确性。     

考虑缺口效应的多轴疲劳寿命预估模型

为研究缺口构件的多轴疲劳问题,基于损伤力学理论,结合von Mises等效准则的思想,建立一个考虑缺口效应的多轴损伤本构方程,综合考虑正应力和切应力在多轴损伤过程中所起的作用,提出一种适用于缺口件的多轴疲劳寿命预估模型.采用GH4169镍基高温合金、SAE1045钢和LY12CZ铝合金3种材料的缺口件多轴疲劳实验数据对所提出的模型进行评估和验证.结果表明:新模型的精度要高于传统的局部应力应变法,且与实验结果相吻合;同时新模型计算方便,便于工程应用.     

压气机轮盘疲劳寿命影响参量的灵敏度分析

压气机轮盘的材料参数与所受应力水平等因素对轮盘寿命有重要影响,就轮盘疲劳寿命对各相关参量的灵敏度进行了详细的分析计算,确定了寿命对各相关参量的敏感程度,绘制了相应的疲劳寿命影响参量灵敏度曲线.计算分析表明,轮盘寿命对轮盘疲劳强度参数与应力的灵敏度影响较大,在各参数中对疲劳强度指数的灵敏度影响是最大的,灵敏度达到了10,当疲劳强度指数值发生变化时将引起疲劳寿命值的很大变化.轮盘寿命对疲劳延性参数的灵敏度较小,其中对疲劳延性系数的灵敏度值小于1且变化不大,可以近似认为是一个常数.通过对各参数的灵敏度分析,在设计中就可以根据寿命对各参量灵敏度的不同,合理确定轮盘的材料、结构和加工工艺.这也是进一步进...     

随机载荷加载下疲劳裂纹扩展速度的一种计算方法

为了揭示出随机载荷加载下,疲劳裂纹扩展速度的规律,利用临界平面方法,把多轴随机载荷等效为单轴随机载荷,并进而简化为单轴多级恒幅载荷谱,然后利用恒幅疲劳裂纹扩展的速度公式,计算裂纹的总增加量,推导出随机载荷加载下疲劳裂纹扩展速度的计算公式。通过对试件的疲劳寿命预测,验证了该公式的正确性。     

多轴比例加载下疲劳短裂纹扩展速度的探讨

多轴加载下疲劳短裂纹的研究,是近几年来才触及的一个新领域。文章分析了多轴比例载荷与单轴载荷的等效性。提出了多轴比例加载不会改变材料力学性能的假设,在临界面上用能量密度法,类比单轴加载的研究过程,导出了多轴比例加载下疲劳短裂纹扩展速度的计算公式。