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.

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.

球压法在线评价脆性材料的强度特性和残余应力

针对接触应力和压痕临界载荷的应力分布,通过应力梯度效应讨论分析了产生球压裂纹中的几个传统强度理论无法解释的问题.利用均强度准则提出了一种脆性材料局部强度和表面残余应力的压痕测试方法,并建立了一种简便的强度保证试验技术,对脆性构件的非破坏性能评价有实用意义.

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.

考虑应力梯度的多轴缺口件疲劳寿命预测方法

以缺口附近疲劳损伤影响区的场强为损伤参量,结合Manson-Coffin方程提出一种多轴比例加载下缺口件疲劳寿命预估方法.首先,借助坐标变换矩阵定义应变能密度最大的平面为临界面,克服了传统能量法作为标量难以描述裂纹萌生和扩展方向的不足.其次,利用有限元软件分析临界面上等效应力分布规律,拟合距离危险点5 mm内等效应力分布函数,通过求相对应力梯度函数的驻点确定疲劳损伤影响区的大小,以疲劳损伤影响区的场强作为疲劳损伤参量对Q345钢多轴缺口件进行寿命预估.最后,将利用该方法、局部应力应变法的预估寿命与试验寿命进行对比,结果表明:两种方法预估寿命的误差都在2倍因子以内,但由于该方法考虑了应力梯度效应,预估精度要优于局部应力应变法.

缺口件多轴疲劳寿命预估新方法

局部应力应变法(LSSM)以危险点处的局部应力应变历程进行寿命评价,忽略了非比例附加强化及缺口附近应力梯度对疲劳损伤的影响.论文通过分析裂纹萌生面(临界面)上剪应力和正应力分布状态,提出一种计算缺口件多轴疲劳损伤影响区的数学计算方法,建立考虑法向正/剪应力梯度与非比例附加强化效应的寿命预估模型.首先,基于能量法和临界面理论,借助坐标变换原理将应变能密度最大的材料平面定义为临界面,建立确定裂纹萌生方向的计算方法.其次,以临界面上特定路径为积分方向,将缺口件三维问题转化为线性问题,简化计算过程.综合考虑峰值应力和等效应力场强对多轴疲劳寿命的贡献度,建立表征缺口件多轴疲劳损伤演化过程的损伤参量.最后,通过TC4合金和Q345钢多轴疲劳试验验证论文模型的可行性和精确度,并与LSSM法、FS模型、SWT模型进行对比分析.

Modeling of growth stress gradient effect on the oxidation rate at high temperature

A new oxidation kinetics model is established for high-temperature oxidation. We assume that the interface reaction is fast enough and the oxidation rate is controlled by diffusion process at high temperature. By introducing the growth stress gradient we modify the classical oxidation parabolic law. The modified factor of the oxidation rate constant is a function of growth strain, environment oxygen concentration, and temperature. The modeling results show that the stress gradient effect on the oxidation rate cannot be ignored. Growth strain will dominate whether the stress gradient effect promotes or slows down the oxidation process. The stress gradient effect becomes weaker at higher temperature. This effect is amplified at higher concentrations of environmental oxygen. Applied mechanical loads do not affect the oxidation rate. This model is available for high temperature oxidation of metals and alloys.