基于载荷次序修正的连续损伤疲劳累积损伤模型

连续损伤理论模型在变幅载荷下未能体现相邻两级载荷的交互作用对结构疲劳寿命的影响,针对这一问题,该文考虑到载荷次序等因素,将应力幅值比的二次方引入模型计算当中,建立新的载荷作用因子,得到改进的非线性疲劳寿命预测模型。根据45号钢、16Mn结构材料经过二级变幅载荷下实验测试而得出的结果,将预测模型与修正后的连续损伤模型进行对比分析,结果表明:该模型具有良好的准确性和可靠性,且不需要引入额外参数,更加适用于实际工程。

随机载荷次序效应对海洋结构物疲劳裂纹扩展的影响

变幅载荷作用下的疲劳裂纹扩展情况更能够反映海洋结构物真实的疲劳行为。已有的关于载荷次序问题的研究中,多是考虑在定幅值载荷历程中加入单个或多个超载/低载,或加入块状超载/低载,使变幅载荷序列得到简化。文章则主要研究更接近真实情况的随机载荷序列,超载、低载随机相互作用下的载荷次序效应对海洋结构疲劳裂纹扩展率的影响。首先介绍了载荷次序效应问题的研究现状和基本结论,总结了考虑载荷次序效应的变幅载荷作用下疲劳裂纹扩展模型,然后简单介绍了文中应用的疲劳寿命预报统一方法 (Unified Fatigue Life Prediction,UFLP)的基本思想,最后给出了随机载荷作用下,应用UFLP法计算海洋结构物疲劳裂纹扩展的示例。

谱载荷下加载次序效应定量评价的初步研究

通过对40Cr材料光滑试样进行不同加载次序的三级程序载荷疲劳试验,验证并分析了载荷作用次序对疲劳强度累积强化效果的影响。试验结果表明:按照载荷从小到大逐渐增加的次序加载时,锻炼载荷对疲劳强度的累积强化效果最大,并且与三级锻炼载荷分别独立作用时强化效果的叠加值接近;而在其他加载次序下,累积强化效果分别受到不同程度的影响。最后,通过对疲劳试验数据的统计分析,初步研究了谱载荷下加载次序对总体累积强化效果的修正系数,并对之前建立的随机载荷下累积强化效果模型做出了修正,为建立考虑低载强化效应的疲劳累积理论进行了探索。

基于载荷加载次序的疲劳寿命预测改进模型

针对Corten-Dolan模型中关键参数d难以确定的问题,在Corten-Dolan模型和既有改进模型引入小载荷、损伤程度和应力状态的基础上,进一步考虑相邻2级载荷的先后次序影响,采用增加应力比系数及将载荷加载次序的影响、损伤程度的影响分别作为独立的影响因素2种不同的方法对参数d进行修正,基于此建立2种Corten-Dolan改进模型。根据常用材料(标准45号钢)焊接接头、合金材料(标准16Mn钢)焊接接头以及Q235B钢焊接接头的试验数据,对前述2种改进模型的疲劳寿命预测有效性和可行性进行验证。结果表明:与传统Miner模型和既有Corten-Dolan改进模型对比,无论是在2级载荷作用下还是在多级载荷使用下,2种改进模型在进行焊接材料疲劳寿命预测时均具有较高的预测精度,且因模型的数学表达式较为简单,无需多层迭代计算,便于应用实际工程中焊接结构的疲劳寿命预测。

变幅载荷下疲劳裂纹扩展规律试验研究综述

文章对最近10年来有关变幅载荷下材料疲劳裂纹扩展和失效规律的实验研究方面的最新成果进行了归纳总结。综述内容包括:过载、低载在疲劳裂纹扩展中的作用;过载-低载组合作用时裂纹扩展的情况;基线载荷的影响;块载大小、长度对疲劳裂纹扩展的影响;试件影响;低于应力强度因子门槛值的小应力在变载疲劳裂纹扩展中的表现等六个方面。通过这一综述,进一步验证了部分结论的正确性,同时也发现了部分结论的不完善性。文中也提出了变幅载荷下疲劳裂纹扩展模型的初步设想。

复合材料层板疲劳损伤加载次序效应研究

从能量耗散的角度出发，建立了一种以有效循环滞回能为基础的非线性疲劳损伤累积法则。

复杂载荷作用下潜艇结构疲劳裂纹扩展预报方法

统一疲劳裂纹扩展模型是课题组在McEvily模型基础上提出来的,它将疲劳裂纹扩展的3个扩展区域统一起来,并能解释更多的疲劳试验现象。本文介绍了统一疲劳裂纹扩展模型的基本表达式。将此模型与焊缝焊趾表面裂纹应力强度因子的计算方法结合起来,探讨复杂载荷作用下潜艇结构疲劳裂纹扩展预报方法。将服从Weibull分布的随机载荷系列编排为升序、降序载荷谱及随机载荷谱,预报潜艇锥柱结合壳焊缝焊趾处表面裂纹在3种载荷谱下的疲劳裂纹扩展情况,并分析随机载荷谱下载荷次序效应及初始裂纹尺寸对疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明,载荷次序效应对潜艇结构疲劳寿命的影响很明显,且合理的确定初始裂纹尺寸对潜艇结构的疲劳寿命预报是非常重要的。

块谱内部载荷排序对结构疲劳寿命的影响

载荷次序的影响一直是疲劳累积损伤研究的热点话题,载荷的大小、级数、块谱外载荷次序及块谱内载荷次序的影响规律亟待探究。选取3种载荷范围,并按线性将其分为4、10、100级谱块与4、10、100级单峰值排序。通过线性累积损伤理论和两种经典非线性累积损伤理论,对以上各种情况进行累积损伤计算,得出载荷排序对载荷大小、级数、谱块内部、单级载荷次序的影响规律。

基于载荷相互作用效应的Corten-Dolan改进模型

针对变幅载荷作用下载荷间的相互作用效应对结构疲劳寿命影响显著的特点,在考虑小载荷、损伤程度和应力状态的基础上引入相邻两级应力比的幂函数对关键参数d进行修正,以表征载荷间相互作用效应的非线性影响,从而建立了改进的Corten-Dolan累积损伤模型。同时,引入参数k建立了此类改进模型的统一表达式。基于三种常用材料的试验数据,应用全数据和部分数据建模方案对本文改进模型有效性及预测能力进行了验证。与既有模型相比,改进模型对已知数据的预测精度以及对未知数据的预测能力均较高,该模型能更好地表征加载次序以及载荷幅值变化等载荷相互作用效应对疲劳寿命的影响,为实际工程中结构的疲劳寿命预测提供了有效的预测技术。

过载保载对金属材料疲劳裂纹扩展速率影响研究

文章基于载荷次序效应产生影响的原因和相关预报模型,提出了考虑单峰过载和保载共同作用下疲劳裂纹扩展速率预报模型。在文中提出的考虑载荷次序效应的疲劳裂纹扩展速率预报模型的基础上,对几种金属材料在单峰过载、多峰过载、过载与保载共同作用下疲劳裂纹扩展速率进行了预报研究,并将预报结果与相应试验结果进行了比较,对考虑载荷次序效应的疲劳裂纹扩展速率预报模型的适用性进行了验证。

一种旋转设备疲劳寿命预测的新方法

疲劳损伤累积模型是预测机械零部件疲劳寿命的基础。针对大多数损伤累积模型忽略了多级载荷历史效应及载荷次序效应对损伤累积的影响,提出了一种基于S-N曲线及Miner理论的非线性疲劳损伤累积模型。该模型考虑了载荷历史效应与载荷次序效应对机械零部件疲劳寿命的影响,克服了线性疲劳损伤累积模型的不足。将该模型与线性疲劳损伤累积模型预测结果进行对比,表明该模型对机械零部件疲劳寿命预测结果更加精确和可靠。

基于疲劳驱动力能量损伤参数修正的非线性疲劳寿命预测

针对疲劳驱动力能量模型中变幅载荷间交互因子难以确定的问题,考虑载荷大小次序、载荷间的干涉以及疲劳损伤程度等因素对变幅载荷作用下损伤累积规律的影响,在引入能量准则确定损伤参数的基础上,将变幅载荷应力比、载荷循环比、疲劳损伤程度引入载荷间交互因子的计算,建立分别采用载荷循环次数比和实时疲劳损伤对交互因子进行修正的改进非线性疲劳寿命预测模型。根据Q235B和铝合金2种常用材料的焊接接头在多级变幅载荷作用下的试验数据,对改进的疲劳寿命预测模型的预测能力进行验证。结果表明:在变幅载荷作用下,改进的疲劳寿命预测模型能有效地对焊接结构的疲劳寿命进行预测,相比其他模型更接近于试验结果,且模型中仅含有2个比较容易通过试验确定的常规参数,无需引入其他参数,便于应用于实际工程结构的分析及设计。

基于非线性损伤理论的焊接疲劳设计

构建一种基于非线性损伤理论的焊接疲劳设计模式,能有效地用于多级疲劳载荷作用下焊接接头的疲劳设计与分析。所构建的设计模式,不仅考虑了多级疲劳载荷的加载次序效应,也考虑了载荷间的相互影响。采用Manson-Halford累积损伤模型以及改进模型来处理加载次序效应,以应力比的形式来体现载荷间相互作用,利用所构建疲劳设计模式对标准焊接接头进行疲劳设计,讨论了不同疲劳载荷加载次序以及载荷级数等因素对焊接结构疲劳设计参数应力因数的影响,并将设计结果与基于传统Miner理论的设计结果进行比较。数值结果表明,基于非线性累积损伤理论所建的焊接疲劳设计模式,可对焊接接头的疲劳特性进行有效的设计分析,具有较高的精度和可信度。所建焊接结构疲劳设计模式能够较好地处理载荷次序效应以及载荷间的相互影响,且模型参数相对较少,可应用于实际工程设计。