基于应力场强理论的缺口件疲劳寿命计算新方法

为进一步精确评估缺口件的疲劳行为,基于应力场强法,针对传统疲劳损伤区域判定存在争议的问题,考虑晶粒尺寸和各点应力对损伤区域的综合作用,提出了一种心形疲劳损伤区域,对权函数和损伤区域界定准则进行了修正,建立了一种新的疲劳寿命预估模型。对泵头体材料40CrNi_(2)MoV进行了疲劳试验和算例验证,结果表明:新方法降低了计算成本,圆孔件和V形缺口件疲劳寿命预测精度分别提高了20%~50%及10%~35%,适用于不同缺口类型的疲劳寿命预测。

基于应力场强法的场强半径规律研究

针对应力疲劳试验费时长、耗资源和相关材料疲劳数据较为缺乏、难以获取的情况,本文对应力场强法假设进行延伸,以应力集中系数Kt不为1时的疲劳寿命数据为基准,研究不同Kt和不同应力水平下的场径参数求取方法,给出场径求取步骤。同时,利用5种不同Kt的缺口试件,在应力比为-1时的疲劳寿命数据支撑下,以Kt为1.5的标准缺口试件为基准,按照步骤求取在不同Kt和应力水平下的场径参数。得出结论:当应力比等于-1时,以Kt不为1的标准缺口件疲劳寿命数据为基准求取的场径,在一定范围内与Kt呈很强的线性关系,但在较大的范围时,场径与Kt不呈线性关系。Kt相同的缺口件的场强半径并不是一成不变的,而是会根据应力幅的改变而改变,且在弹性范围之内,不同Kt的缺口件场强半径随应力幅的变化规律是基本一致的。

应力场强法在多轴疲劳寿命估算中的应用

将预测疲劳寿命的方法———应力场强法理论初步应用到单轴加载和多轴加载下的疲劳寿命估算。同时 ,对于单轴加载和多轴比例加载给出预测算例 ,并与其试验结果进行对比 。

基于应力场强法的随机载荷作用下转向节疲劳寿命预估

利用多体动力学理论建立了双横臂悬架系统的刚柔耦合动力学模型,采用国家B级路面谱进行模拟激励,得到了汽车转向节的六分力时间历程。结合转向节有限元模型,获得了转向节实时等效单元应力,通过统计确定了最易疲劳的损伤区域。运用应力场强理论来计算应力场强,并使用雨流计数法进行了统计,综合计算了转向节的疲劳寿命。结果显示,连接车轮横臂处最易发生疲劳破坏,特定条件下的疲劳循环寿命为2.4×107次。

应力场强计算裂纹应力强度因子的方法研究

探讨通过应力场强得到应力强度因子的方法,并以典型的四类平面裂纹状态为例,着重探讨各类平面裂纹如何应用该方法计算应力强度因子。结果显示,所提方法能快速地求解各类裂纹布置的应力强度因子,可为断裂力学中裂纹扩展、断裂判断问题以及疲劳多裂纹问题的研究提供良好的支持。

基于应力场强法的抽油机驴头疲劳寿命预测

由于名义应力法对抽油机驴头疲劳寿命预测结果偏离实际而引入应力场强法,给出了两种方法的预测步骤。基于驴头所受循环交变载荷分析,在Ansys仿真环境下进行静态仿真,计算极限载荷下喉口处应力值;进行准静态仿真,计算喉口处应力值与局部损伤区域内应力场强随时间的变化历程,依据步骤处理仿真结果得到两种方法的疲劳寿命预测值。对驴头现场使用寿命进行统计并拟合其疲劳寿命分布来验证两种方法准确性,并分析了形成误差结果大小不同的原因,结果表明应力场强法预测精度较高,预测结果贴合现场实际。

基于应力场强法的钢桥节点板双轴疲劳强度预测

为对桥梁结构中一些特殊构造细节进行双轴或多轴疲劳强度评估,运用应力场强法,建立了钢桥构件场径求解模型.结合铁路钢桥规范,提出了有效场径概念,建立了应力场强法计算钢桥构件双轴疲劳强度的分析模型,并以钢桥节点板为例进行模拟验证.用分析模型预测了钢桥节点板在双轴受力情况下的疲劳强度,得到了双向荷载之间的定量关系.研究结果表明,用钢桥构件场径求解模型计算的疲劳强度误差小于15%;在疲劳寿命相同的情况下,主方向荷载增加,次方向荷载将减小,次方向荷载增量为主方向荷载增量的-0.5倍.

金属材料疲劳行为的应力场强法描述

基于近年来发展的应力场强法对金属材料的多种疲劳行为作了系统的描述，给出了缺日疲劳系数Kf、疲劳尺寸系数ε、疲劳加载方式团于CL、多轴疲劳极限方程、缺口件S－N曲线的预测等多方面的定量描述，并引用了大量的实验数据加以验证，由此表明应力场强法是一种很好的抗疲劳设计方法．

应力场强(SFI)法下的疲劳缺口系数K_f的计算

着重研究场强法理论下疲劳缺口系数Kf的计算．结果表明应力场强法理论下的疲劳缺口系数Kf与试验结果符合得较好，用应力场强法理论计算得到的等幅和变辐载荷的寿命与试验寿命也符合得较好．

焊接钢结构疲劳强度预测的应力场强模型研究

考虑材料、几何形式、受载形式、应力梯度、焊接残余应力等多种因素对焊接钢结构疲劳强度的影响,用应力场强参数描述焊接钢结构的疲劳强度特性,建立了有效应力集中系数的应力场强预估模型.应用所建立理论预测了几类典型焊接钢结构的疲劳强度,并与实验进行了比较,获得了令人满意的结果.用该方法预估焊接钢结构的疲劳强度,能大量减少疲劳实验,节省经费开支,对工程应用有参考价值.

含孔层合板剩余强度估算的应力场强法工程简化模型

开孔的存在会显著地降低复合材料结构的强度。基于应力场强法的思想,提出了一个预测含圆孔复合材料层合板剩余强度的工程简化模型。采用大量试验数据,对本文提出的应力场强法模型与其他典型的特征距离法模型进行了评估分析。结果表明,应力场强法和平均应力准则法预测能力要优于点应力准则法和损伤区域准则法,应力场强法预测值与试验吻合程度略优于平均应力准则法。

应力场强法中场径参数的研究

针对应力场强法中场径计算方法存在争议且不易求取的问题,基于应力场强法假设,研究了场径参数计算方法的理论依据;在考虑场径求取可行性的基础上,提出一种在任意载荷条件下确定试件场径的方法.给出了场径的求取步骤,选取6块不同应力集中系数的缺口试件在4种应力比下,按照步骤求取场径.对场径计算结果拟合并作图,由图所示分析影响场径大小的因素.得出结论:在相同应力比下,场径与应力集中系数呈很强的线性关系;在相同应力集中系数下,场径与应力比呈很强的二次曲线关系.通过实例对所提出的方法进行了验证,结果表明:由提出方法确定的场径计算得出的疲劳寿命更贴近于试验寿命,在保证安全的基础上提高了疲劳寿命预测的准确性.

关于应力场强法中损伤区的研究

针对应力场强法中损伤区界定存在争议的问题,在应力场强法研究的基础上,依据应力场强法的基本假设,提出一种通过应力等值线界定损伤区的方法。给出了应力等值线的求取步骤,通过算例演示了求取过程,对算例结果进行分析,得到结论:损伤区并不是一个规则的球形区域,而是不规则的,该方法可以反映真实的损伤区,与破坏机理吻合;损伤区大小与施加的载荷呈二次曲线关系,并单调递增,该方法考虑了载荷变化对损伤区的影响,在大载荷作用时依然能准确的预测构件的疲劳寿命。为了证明该方法的普适性,通过两个不同缺口形式、不同载荷形式的算例进行验证,结果表明:该方法能准确预测任何缺口形式、任何载荷形式下构件的疲劳寿命,取得了较好的预测结果。

飞机结构细节疲劳寿命的应力场强法探析

研究应力场强法在飞机结构抗疲劳设计中的应用;论述飞机结构的典型细节模型;提出了对应于细节模型的应力场强法的疲劳寿命分析方法和相应的疲劳模拟试验件的设计方法。据此对一个飞机结构危险部位作了疲劳寿命分析和试验验证。分析和试验结果表明:提出的方法是合理的。

基于三维空间矢量应力场强法的SiCp/Al复合材料缺口疲劳强度预测

为了考虑应力梯度对SiCp/Al复合材料结构疲劳强度的影响,基于三维空间矢量应力场强法和光滑件疲劳强度,发展了一种SiCp/Al复合材料缺口疲劳强度预测方法,其中三维空间矢量应力场强法计算中分别应用了经典一维应力场强与有效距离点应力场强的等效应力积分形式,避免了构建三维权函数和人为确定疲劳损伤区域。采用升降法制定了SiCp/2009Al复合材料光滑件疲劳试验方案,获得了SiCp/2009Al复合材料10^(7)循环周次对应的轴向(R=-1)疲劳强度为180.91 MPa,并以散点法开展疲劳试验获得了SiCp/2009Al疲劳寿命分布,光滑件疲劳试验结果显示SiCp/2009Al复合材料应力-寿命关系存在明显的平台区。采用逐级加载法开展了SiCp/2009Al复合材料缺口件轴向(R=-1)疲劳试验,获得了缺口件的疲劳强度为82.2 MPa。缺口件疲劳强度预测结果与试验结果吻合较好,最大误差在10%以内,其中基于有效距离点应力场强的三维空间矢量应力场强法建立的SiCp/Al复合材料缺口疲劳强度预测方法预测精度更高。

采用应力场强法对某型航空发动机压气机轮盘的疲劳寿命评估及试验研究

采用应力场强法对某型航空发动机压气机轮盘疲劳寿命进行了评估,对如何确定场径的大小、应力场拟合,以及应力场强因子计算等步骤进行了详细的讨论。基于该轮盘的全尺寸件开展了疲劳寿命试验。试验结果显示,采用应力场强法进行疲劳寿命评估的结果具有较高的精度,相对于传统的名义应力法具有显著的优越性。

基于应力场强方法的多轴高周疲劳寿命分析及应用

在多轴高周疲劳临界面的基础上,将应力场强方法计算的某一临界尺度内的平均应力作为控制疲劳损伤的特征应力,进而建立一种新的基于应力场强的多轴高周疲劳寿命估算方法,结合某型飞机中央翼1墙法兰盘部位全机疲劳试验,将该方法计算结果与名义应力法、McDiarmid法、Susmel法及全机疲劳试验结果进行比较,结果表明,该方法可以较好地预测多轴高周疲劳寿命。

应力场强法在旋弯及扭转疲劳极限分析中的应用

应用应力场强法对旋弯疲劳和扭转疲劳极限进行了分析,并通过3种金属材料的旋转弯曲和扭转疲劳试验加以验证,结果表明,旋转弯曲疲劳极限和扭转疲劳极限之间的关系同解析表达式给出之间的吻合得非常好,因此得到结论,应力场强法能够比较好的描述两种疲劳强度极限之间的关系。

基于应力场强法的缺口构件场强值算法

工程上缺口构件疲劳寿命预测是结构设计过程中不可缺少的内容,基于这一现状通过修正后的场强法来更为有效地解决此类问题非常重要。针对传统应力场强法存在的问题,在考虑其原始假设的基础上,提出一种可以在不同结构尺寸及载荷环境下计算缺口构件场强值的方法。相比于原场强法中疲劳破坏区内各点对峰值点疲劳破坏的贡献作用,新方法认为破坏区内各点对峰值处的疲劳破坏具有"阻碍作用",并将其做了定量分析。新方法还对模型所用参数、权函数的作用形式以及疲劳破坏区的界定准则做了适当修正,弱化了场径取值对场强求解的影响,克服了传统场强法中场径定义的难题,使场强值具有了一个客观存在的精确解。另外,综合考虑缺口形貌及其附近应力的分布特征,优化了原场强法的积分形式,大大简化了场强值的求解过程。最后还应用修正后的场强法对缺口试样疲劳数据进行了计算,分析结果表明,新模型的寿命预测误差系数可保持在0.24以内,充分满足工程需求。提出的修正模型能保持高预测精度,计算过程很简洁,有很高的推广价值。

随机疲劳寿命预测的局部应力应变场强法

在应力场强法研究的基础上，提出了缺口疲劳损伤局部应力应变场强方法，该方法可同时考虑缺口根部局部应力应变梯度对疲劳损伤的影响。通过对缺口件进行随机交变加载下的弹塑性有限元分析，给出一种随机疲劳寿命预测的局部应力应变场强方法，由该法来预测缺口件疲劳裂纹形成寿命，经初步验证，其精度要高于传统的局部应力应变法。