一种新的多轴疲劳寿命预测模型

基于SAE 1045中碳钢和40CrNiMo合金钢的疲劳试验结果,分别建立了单轴和多轴疲劳应变-寿命模型,寻求了两种模型的关系,发现:就所研究的两种材料而言,如果假设单轴疲劳应变-寿命模型(Manson-Coffin方程)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1.093 7、疲劳延性系数乘以0.751 2,以von Mises等效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模型。修正后的多轴疲劳寿命预测模型中,弹性线上移,塑性线下移的事实表明:对于同样大小的应变幅,单轴疲劳中的弹性应变分量大于多轴疲劳中的弹性应变分量,而单轴疲劳中的塑性应变分量小于多轴疲劳中的塑性应变分量。利用修正后的模型可以预测多轴疲劳寿命。     

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·     

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。     

基于临界面损伤参量的金属材料多轴疲劳寿命预测

对最大剪切应变幅模型、KBM模型、FS模型和MKBM模型4种广泛讨论的临界面模型进行了对比分析,统计了8种金属材料圆管薄壁型试件在173个应变加载工况下的多轴疲劳试验数据,验证了这4种临界面模型对金属材料多轴疲劳寿命的预测能力,讨论了基于临界面损伤参量进行多轴疲劳损伤评估和寿命预测时仍需关注的几个主要问题.研究结果表明:最大剪切应变幅模型和KBM模型能较好地适用于多轴比例加载条件下的疲劳寿命预测,而对多轴非比例疲劳寿命的预测结果一般偏于危险估计;FS模型和MKBM模型在损伤控制参量中引入了一个临界面上的最大法向正应力参数来反映材料的非比例附加强化效应对多轴疲劳损伤的影响,显著提高了对多轴非比例疲劳寿命的预测能力.     

疲劳损伤过程的计算机仿真

从系统仿真的思想出发,用材料的不同状态表示材料在疲劳损伤过程中的性能变化·以外部载荷作为系统的驱动事件,将疲劳过程转化为材料一系列状态的变迁·用神经网络描述载荷与损伤间复杂的非线性关系·通过调质45钢的单轴试验数据与正火45钢的多轴拉扭试验数据建立仿真模型·该模型寿命预测精度较高,能够反映疲劳加载顺序效应和多轴非比例载荷附加强化特性     

考虑应力梯度及附加强化的多轴疲劳寿命预测

以多轴缺口件为研究对象,考虑应力梯度和非比例附加强化对疲劳寿命的影响,建立一种适用于多轴缺口件的疲劳寿命预估模型.首先,以最大剪切应变幅作为损伤参量,借助坐标变换原理确定临界面位置,研究了裂纹萌生和扩展的物理机制;其次,利用有限元方法获得临界面上非均匀应力场,提取特定路径上的应力分布并进行归一化处理,给出多轴加载时的等效应力梯度因子;最后,考虑相位差的影响提出一种新的非比例附加强化因子,基于Manson-Coffin方程提出了一种多轴疲劳寿命预测方法.将本文模型、Smith-Watson-Toper(SWT)模型和Manson-Coffin方程的计算结果与实验寿命进行对比,结果表明本文方法的预测精度高于SWT模型和MansonCoffin方程.     

基于虚拟试验场的后悬架疲劳分析

利用虚拟试验场技术建立耐久性强化路面和整车有限元模型,考虑轮胎的结构非线性因素、轮胎和路面的接触非线性以及橡胶连接件的刚度和阻尼特性等传统计算机辅助分析常使用的人为假定,通过显示时间积分获得道路载荷.基于弹塑性材料模型对后悬架施加道路载荷得到其应力应变历程,应用应变寿命法预测疲劳裂纹萌生寿命,并考虑了平均应力对疲劳寿命的影响.     

临界平面法对航空材料的适用性评估分析

多轴疲劳理论已经被大量的常规材料试验数据所证实,但是它们对航空材料的预测能力还没有进行广泛的验证。利用文献中三类航空材料的多轴疲劳试验数据,评估分析了六种基于临界平面法的多轴疲劳寿命预测模型对它们的预测能力。通过对比分析指出:Ince-Glinka模型最适合预测航空合金钢的疲劳寿命,而对于钛合金以及镍基合金,Brown-Miller模型最能准确预测其疲劳寿命。同时,合理的疲劳寿命预测模型需要全面考虑材料的失效模式及受力特点,而为了准确预测材料的疲劳寿命,则需要选择精确的应变疲劳参数。     

一种新的多轴疲劳损伤参量

基于临界面法提出一种与加载路径无关的多轴疲劳损伤参量，该参量考虑临界损伤平面上的最大剪切应变和法向应变程两个参数，并利用Ｖｏｎ Ｍｉｓｅｓ准则将两参数合成一个等效损伤在量，结果表明，本文所提出的多轴疲劳损伤参量既可用于多轴比例循环加载，也可用在非比例加载条件下，用其预测多轴疲劳寿命，误差约在１．５个因子之内。     

Ti-6Al-4V钛合金非比例多轴低周疲劳寿命预测

在MTS拉扭复合疲劳试验机上,采用扭转应变控制、非比例循环加载方式,依次按比例、圆形、矩形、正方形、椭圆形和菱形加载路径,对Ti-6Al-4V合金进行多轴拉扭低周疲劳寿命实验,将结果与等效应变法模型、能量法模型和临界面法模型的计算结果进行对比分析.结果表明,基于临界平面法模型的预测,对于Ti-6Al-4V合金多轴低周疲劳寿命估算具有较高的准确性.     

拱坝的应力特点和分布规律的研讨

通过东江拱坝等国内外十余座高拱坝在各种荷载及荷载组合下的设计应力特点和对实际运行情况分析，考虑了各种分析方法的合理性，研究了高拱坝应力主要控制部位及其应力状态、特点和分布规律，并根据不同的多轴应力状态提出了拱坝的主要应力控制分区。     

复杂应力下混凝土疲劳强度的试验研究

在静载强度试验的基础上，进行了３个系列混凝土薄壁管试件在（σ，τ）复杂应力状态下的疲劳强度试验．以双剪应力强度理论作为（σ，τ）状态的静载强度标准，对沿（σ，τ）系（从原点引出的）射线方向的疲劳荷载，以该方向的静强值进行规范化处理，使所得的ＳｌｏｇＮ关系有较好的规律性．由试验结果及文献分析，提出了一个描述（σ，τ）状态下疲劳强度的经验预测式．     

多轴应力下蠕变疲劳寿命预测

通过对不同应变保持时间下的拉压，扭转和拉扭组合高温疲劳试验结果的分析，揭示了高温多轴应力不蠕变－疲劳失效行为的主要因素，进而提出了简捷有效的寿命计算模型和计算方法。     

基于临界平面法的复合材料多轴疲劳损伤参量研究

基于临界平面方法，提出一种用于纤维增强复合材料的多轴疲劳损伤参量，研究了复合材料多轴疲劳损伤特征．同时设计出一种缠绕复合材料管状试样，进行了拉扭双轴疲劳实验研究．根据双轴载荷条件下管状试样的应力-应变分析及双轴疲劳实验结果，绘制出了基于临界平面的多轴损伤参量与疲劳寿命关系图，可对不同缠绕角的复合材料疲劳寿命进行预测．结果表明：与传统的应力-寿命预测曲线相比较，新的疲劳损伤参量更适合于复合材料的多轴疲劳研究，计算结果与实验结果吻合较好．     

多轴非比例加载下循环硬化的数值模拟

本文应用一整合的粘塑性本构模型数值模拟了高温多轴非比例循环应力作用下退火316型不锈钢的循环硬化.文章中具体描述说明了该本构模型方程及其材料参数的构成与物理意义.本构方程的所有材料参数均由简单单轴实验得出,圆形与方型单轴扭转循环应力路径下本构方程的数值模拟结果由实验结果证实了本构模型的可行性,最后该本构模型扩展的可能性亦得到分析与讨论.     

多轴应力下蠕变疲劳交互作用

通过对不同应变保持时间下的拉压、扭转和拉扭组合高温疲劳试验，得到了多轴应力下蠕变疲劳交互作用的特性及断口的微观相图，并且提出了多轴应力状态下疲劳寿命的统一方程。     

多轴疲劳寿命可视化平台的开发

多轴疲劳问题是实际机械工程中一种常见的问题,对机械零件的实际使用情况是极为重要的。针对于多轴疲劳问题试验的成本高与现有分析软件操作复杂等特点,为减少分析成本并满足企业需求,通过雨流计数法及累积损伤理论,研究了多轴疲劳数据在Eclipse的开发环境下的数据可视化。结果表明：利用Java语言建立多轴疲劳分析模型可以实现应力应变分析结果文件的上传、数据库连接、数据筛选及处理功能。基于Java3D的数据可视化技术,最终直观的表达出试件寿命分析云图。通过机车车轮分析实例验证了多轴疲劳计算模型的可靠性及合理性,降低了工作人员的劳动强度与专业技术要求。     

6063铝合金的多轴比例疲劳特性及其微观机理

对6063铝合金进行多轴比例加载疲劳试验及微观结构观察,分析材料的疲劳特性及其微观机理.结果表明:随着等效应力幅值的提高,6063铝合金的疲劳寿命降低,材料的循环硬化现象逐渐明显,位错结构密度逐渐增大,位错由初步的交滑移结构演变为明显的迷宫状结构;使用MansonCoffin公式可对铝合金的多轴比例加载疲劳寿命进行准确的预测;位错结构是影响6063铝合金循环特性和疲劳寿命的主要因素.     

多轴段转子系统的畸变试验模型动力学相似设计

基于Riccati传递矩阵法和灵敏度分析,提出了一种多轴段转子-支承系统畸变试验模型的动力学相似设计方法.分析了转子固有特性的系统参数灵敏度,对原型系统进行动力学模化得到畸变模型,并进行必要的模型修正,然后对修正后的畸变模型进行缩尺设计得到最终试验模型.以设计某空压机高压转子的缩尺试验模型为例,通过对比原型和所设计缩尺试验模型的临界转速和固有特性,验证了所提试验模型动力学相似设计方法的有效性和实用性.     

桥用液压悬挂系统的疲劳分析

根据某双层开启桥的综合性能要求,设计了一种液压悬挂系统。通过模拟某沿海地区的风载历程及悬挂系统竖直载荷,并基于workbench及Fe-safe软件对悬挂系统做了二轴疲劳分析。分析结果表明,悬挂系统能承受的最小载荷谱块数为1×10736500块(100年),满足疲劳要求。它采用workbench及Fe-safe联合仿真对液压悬挂系统进行疲劳分析,为类似多轴疲劳问题分析提供了思路。