基于临界面法的微动疲劳寿命预测工程应用研究

为研究可应用于工程实际的微动疲劳寿命预测方法,通过对压气机材料TC11微动疲劳试样进行微动疲劳寿命预测分析,梳理了基于临界面法的微动疲劳寿命预测方法的基本流程,并将SWT微动损伤参数的预测结果与试验数据进行对比。结果表明:弧度较小的榫头工作面会使得榫连接模拟件接触区域的SWT临界面参数值降低,有利于提高微动疲劳寿命;基于SWT临界面参数的寿命模型的预测结果与试验值的误差分散带在2倍因子以内,对航空发动机和燃气轮机实际构件的微动疲劳寿命预测具有参考意义。

基于临界面法的缺口件多轴疲劳寿命预测

基于多轴损伤临界面原理 ,根据多轴疲劳损伤和裂纹萌生与扩展的特点 ,在所建立的统一型多轴疲劳损伤模型的基础上 ,进一步推广应用到缺口件的多轴疲劳寿命预测中。经多轴疲劳试验验证表明 ,所建立的多轴疲劳损伤模型可以较好地预测比例与非比例加载下缺口件的多轴疲劳寿命。

基于临界面法的多轴疲劳损伤参量的研究

以薄壁管拉扭疲劳试件为研究对象，在分析多轴损伤临界面上的应力与应变变化特性的基础上，根据多轴疲劳临界损伤平面原理，利用多轴临界面上的剪切应变幅与相邻两个最大剪切应变值γｍａｘ之间的法向应变幅ε＊ｎ作为形成多轴疲劳损伤参量的主要参数，提出基于拉伸和剪切两种形式的多轴疲劳损伤参量。所提出的多轴疲劳损伤参量不含有任何材料常数，并可同时适用与多轴比例与非比例加载情况，且可退化成单轴的形式。

基于损伤力学-临界面法预估多轴疲劳寿命

基于损伤力学理论建立的非线性疲劳寿命预估模型在多轴疲劳寿命预估中获得了广泛的应用,但该模型并未考虑损伤面发生的位置及其物理意义,将其与临界面法相结合提出一种新的多轴非线性疲劳寿命预估模型,新模型能够弥补现有的非线性疲劳寿命预估模型未考虑临界面物理意义的不足。新模型从损伤的角度来预估多轴疲劳寿命,不仅考虑了临界面上裂纹形成及扩展的物理意义、相位差对附加强化现象的影响,而且对非对称加载下的平均应变进行修正。新模型仅仅利用单轴疲劳试验数据以及单轴疲劳材料常数就可以预估出试样的多轴疲劳寿命,从而避免了代价高昂的多轴疲劳试验。采用45钢、316不锈钢、钛合金TC4三种材料的多轴疲劳试验数据对提出的模型进行评估和验证,对几种材料比例/非比例以及对称/非对称加载下的多轴疲劳寿命进行预估,预估结果与试验结果的误差都在5%以内,结果表明提出的多轴非线性疲劳寿命预估模型具有较高的预估精度。

关于多轴疲劳寿命临界面法影响因素的分析与计算

本文以拉-扭非比例加载下的薄壁圆管试件为研究对象,以最大法向应变的最大剪应变平面为临界面,并对此临界面上的应变状态进行了分析。采用统一型疲劳寿命预测模型,以正火45钢为例,研究了非比例加载时相位差对疲劳寿命的影响,进而对不同正应变幅和应变幅值比加载下的危险相位差的变化规律进行了计算分析。结果发现:应变幅值比对疲劳寿命最短时的危险相位差的影响呈先上升后下降的趋势;并给出了不同应变幅值比时危险相位差的计算通式,式中的系数可通过材料力学性能与单轴疲劳参数计算得到。最后给出了15种材料的系数供实际应用时参考。

基于临界面法的多轴低周疲劳损伤参量

为了更简便地预测多轴低周疲劳寿命，通过分析裂纹扩展特点和最大剪应变面上的最大剪应变和相应的法向应变变化特点，提出以最大剪应变平面作为损伤临界平面，将最大剪应变和相应的法向应变作为基本的多轴疲劳损伤参数，建立了基于临界面法的多轴低周疲劳损伤参量．对GH4169合金和45^#钢的寿命预测结果表明。该损伤模型误差基本在2个因子之内．

基于临界面法及应变路径多轴疲劳寿命预测模型概述

研究国内外多轴低周疲劳寿命评估方法,归纳了基于临界面法及应变路径的多轴疲劳寿命评估模型,比较了其优劣及适用性。目前多轴疲劳寿命的预测主要是针对一种或少量几种材料而提出的经验或半经验的公式,当这些公式用于其他材料时,常常不能得到令人满意的结果。多轴疲劳问题十分复杂,目前的研究主要是在等温、常幅载荷条件下开展,对承受高温、变温、变幅和随机多轴载荷作用下的研究则相对较少。此外,若考虑材料缺口影响、尺寸影响、载荷、表面的粗糙度、残余应力应变等因素,其研究更加复杂,当前对于多轴疲劳的研究热衷于建立寿命预测模型,开展相关疲劳试验,很少深入研究对其微观机理。因此,多轴疲劳问题仍需进一步深入研究。

基于临界面法的疲劳损伤累积规律研究

利用有限元分析方法,研究了试作在单轴加载,双轴比例、非比例加载、三轴比例、非比例加载情况下六种常用疲劳损伤参量的累积规律,同时提出了一种新型的损伤参量。结果表明:在单轴、比例载荷作用下累积规律是线性的,而在非比例载荷作用下累积规律是非线性的。

基于临界面法的纤绳节点板疲劳损伤评估

采用基于临界面的多轴疲劳寿命预测方法,对纤绳节点板在长期的风荷载作用下的疲劳损伤进行了评定。以最大剪应变平面的方法确定每一个时间点的临界损伤面,根据非比例多轴加载下最大剪应变临界面不断变化的特点,再以该平面对材料损伤影响的大小为权值进行加权平均,把权值平均最大的剪应变平面定义为临界损伤平面;用多轴循环计数法对临界损伤面上的正剪应力同时进行循环计数,确定每个循环的临界损伤参量。结果表明,临界面法更符合纤绳节点板多轴非比例加载的实际情况,因而可以给出更加合理的结果。

基于临界面法对AZ31B镁合金焊接接头疲劳评定(英文)

通过有限元软件模拟横向十字接头的实际焊接过程,并进行温度场和应力场分析,采用基于Dang Van准则考虑焊接残余应力的临界面法对AZ31B镁合金典型角接头型式——横向十字接头进行了疲劳评定研究,并与疲劳试验结果进行对比分析。结果表明,法国焊接研究所提出的钢材参数及国内研究者提出的铝合金材料的参数均不适用于AZ31B镁合金横向十字接头,需要进行修正;经试验研究将参数修正为α*=0.5,β*=55 MPa,并拟合出相应的Dang Van图形,其结果与疲劳试验结果相吻合;说明修正后的临界面法可以对AZ31B镁合金横向十字接头进行合理的疲劳评定,而且依据应力集中大小,可以有效预测试件可能的疲劳断裂位置。

基于一种新临界面的多轴载荷疲劳寿命预测方法

考虑多轴载荷下路径变化的不确定性,引入权函数的概念,得到一个新的临界面的确定方法。采用雨流计数方法,结合能体现载荷间相互影响的Morrow的非线性损伤律,应用FS(Fatemi Socie)模型对304不锈钢进行非规则载荷下低周疲劳寿命预测。同时采用最大损伤面方法结合FS模型进行寿命预测,结果表明,对该模型而言,结合考虑权函数的影响后得到新的临界面,最大损伤面方法与最大剪应变方法都给出较好的结果。

SSI临界面法预测扭动微动局部疲劳裂纹萌生特性

以Gcr15钢球、PMMA平面试样为研究对象,建立扭动微动ANSYS有限元模型,分析得到不同工况及载荷步下球与平板接触面的接触状态及应力、应变值.转换扭动微动模型,将切向微动的SSI临界面法应用于扭动微动,研究不同法向载荷、扭转角度幅值、摩擦系数下接触面最大SSI值及其位置.结果表明:SSI最大值位于接触区的粘滑交界区间及各因素对SSI值分布影响与理论、试验试样裂纹萌生规律一致;SSI临界面法可应用于扭动微动.

基于顺序雨流法和临界平面法的多轴变幅低周疲劳寿命评价

在多轴变幅疲劳寿命预测过程中,合适的雨流计数法对复杂加载历程分析非常重要,但是大多数雨流计数过程往往无法保持原始的加载顺序特性,进而会导致非保守的疲劳损伤和寿命预测.本文提出一种考虑加载顺序效应并基于临界面概念的多轴实时顺序雨流法,该方法既具有实时顺序计数特点,同时与Bannantine-Socie多轴雨流法结合,可以实现对主要通道内的载荷历程实时的雨流计数.基于Morrow模型,提出一种新的考虑加载顺序的线性损伤累积方法.相对于传统雨流计数法需要得到完整的载荷数据后才能进行分析的特点,新方法计算效率更高,实用性更强.通过对316L不锈钢的多轴疲劳试验数据的分析,验证了该方法在多轴疲劳寿命预测过程中的有效性.

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.

一种新的多轴非比例低周疲劳寿命预测临界面模型

工程结构在服役过程中往往承受着复杂的多轴非比例循环荷载,在长期动力载荷作用下结构构件的失效主要为多轴非比例疲劳破坏.文中基于圆管薄壁试件在拉-扭复合加载情况下的多轴疲劳试验结果,对比了广泛讨论的Kandil-Brown-Miller(KBM)模型和Fatemi-Socie(FS)模型对多轴非比例疲劳寿命的预测能力,分析了非比例加载条件引起多轴疲劳附加损伤的原因;针对FS模型对不存在非比例附加强化的材料多轴疲劳寿命预测的不足,提出了一个能考虑非比例加载路径变化和材料附加强化效应双重作用的非比例影响因子,参照FS准则提出了一种新的多轴非比例低周疲劳寿命预测临界面模型.利用5种材料的多轴非比例疲劳试验数据对该模型进行了试验验证,结果表明:采用文中提出的临界面模型预测的多轴非比例疲劳寿命与试验结果符合较好,预测精度优于FS模型;同时,该模型对不存在非比例附加强化的材料的多轴疲劳寿命预测表现出更好的适用性,且能有效的提高不同类型材料的多轴非比例疲劳寿命预测精度.

基于临界面理论的多轴等效应变疲劳寿命预估模型

针对等效应变模型未考虑非比例附加强化影响这一不足,将最大剪切应变幅所在平面定义为临界面,引入剪切平面上的最大正应力、正应变变程以及相位差作为损伤参量来反映非比例加载条件下的附加强化效应,该损伤参量还考虑了临界面上的最大正应力和正应变变程对材料裂纹萌生和扩展的影响。采用16MnR、GH4169、S460N、45钢和Pure Ti五种薄壁圆管试件来验证模型的正确性和有效性,并与三种经典模型进行对比分析,结果表明,新模型的预估能力要优于其他三种模型,且寿命预测结果较为精确。

基于Weibull分布的缺口件多轴疲劳寿命建模

针对多轴缺口件,引入Weibull分布建立考虑应力梯度效应的疲劳寿命预测方法.首先,将最大应变能密度定义为损伤参量,并结合坐标变换确定能反映裂纹萌生和扩展的临界面位置;其次,利用有限元方法提取临界面特定路径的应力分布,并对其进行归一化处理得到多轴等效应力梯度因子,进而基于GSP应变能密度模型得出应变能密度与实验寿命的线性关系;最后,结合等效应力梯度因子、应变能密度模型和Weibull分布,基于Von-Mises准则提出了新的疲劳寿命预测方法,并利用该方法分别求出失效概率10%、50%和90%对应的疲劳寿命.为验证该方法,将计算结果与SWT模型、FS模型和Manson-Coffin方程的计算结果进行对比,结果表明该方法的预测精度较高.

基于应力梯度和附加强化的多轴疲劳寿命建模

鉴于Manson-Coffin方程未考虑应力梯度和附加强化的影响,以及缺口附近非均匀应力场和非比例附加强化对疲劳损伤演化过程的影响,建立了适用于多轴缺口件的疲劳寿命预测模型.首先,考虑裂纹萌生和扩展的物理机制,借助坐标变换原理和临界面理论,以最大剪切应变幅为损伤参量确定临界面位置;其次,分别对临界面的正应力和剪应力进行归一化处理,提出了考虑多轴应力集中系数和应力梯度影响指数的等效应力梯度因子;同时,考虑相位差、路径非比例和材料非比例对疲劳寿命的影响,提出了新的非比例附加强化因子;最后,结合Manson-Coffin方程建立了考虑应力梯度和非比例附加强化的多轴疲劳寿命预测模型,并将该模型、Manson-Coffin方程、LV模型和FS模型的预测寿命与实验寿命进行对比,结果表明该模型的预测精度优于其它3种模型的.

Q235结构钢低周多轴疲劳寿命评估方法的实验研究

对建筑用Q235结构钢分别在单轴和多轴载荷下进行低周疲劳试验,并利用测得的试验结果对寿命评估方法进行研究。研究结果表明:在相同Von Mises等效应变幅值下,材料的比例拉扭路径疲劳寿命高于单轴拉压疲劳寿命,而非比例路径疲劳寿命低于单轴拉压疲劳寿命。按等效应变法进行寿命预测,在非比例加载路径下的预测结果远远超出2倍寿命安全范围区;按临界面法的KBM和Socie模型进行寿命预测能够得到较好的结果,但对圆形路径的高应变幅区得到的结果则过高估计了材料的寿命。在考虑循环过程临界面法向应变影响的基础上,提出了一个改进的考虑临界面拉伸影响的模型,其对比例和非比例路径循环下低周疲劳寿命的评估与实测吻合较好。

内压轴向位移载荷作用下波纹管多轴疲劳寿命预测

以某工程用波纹管为研究对象,采用新提出的MSWT(Modified Smith-Watson-Topper)临界面模型预测了波纹管在内压-轴向位移作用下的多轴疲劳寿命。由于波纹管承受低周位移载荷时在波峰波谷处发生塑性变形,故以塑性应变幅与最大正应力重新组成一个新的损伤参量DP,并定义最大DP值所在的平面为疲劳破坏发生的临界面。利用Abaqus软件对波纹管进行数值模拟,基于数值分析结果,MSWT模型预测不同工况下波纹管的疲劳寿命分别为3388次与6059次,与试验结果吻合程度较好,可为波纹管的设计开发提供一定的参考。