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镍基单晶合金多轴非比例加载低周疲劳单胞模型

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材料研究学报 2011年第5期25卷 455-463页

作者：丁智平王腾飞李明陈吉平湖南工业大学机械工程学院株洲412007

在680和850℃下对DD3镍基单晶合金进行多轴非比例加载低周疲劳试验,结果表明等效应变范围△ε_e、试验温度、等效应力范围△σ_e对单晶合金的低周疲劳寿命有显著影响。基于能量耗散理论,引入参量k表征多轴非比例加载对疲劳寿命的影响,... 详细信息

在680和850℃下对DD3镍基单晶合金进行多轴非比例加载低周疲劳试验,结果表明等效应变范围△ε_e、试验温度、等效应力范围△σ_e对单晶合金的低周疲劳寿命有显著影响。基于能量耗散理论,引入参量k表征多轴非比例加载对疲劳寿命的影响,构造循环塑性应变能作为损伤参量,建立镍基单晶合金低周疲劳寿命预测模型。参量k与循环寿命之间呈幂函数关系。根据镍基单晶合金的微观尺度结构特征.建立γ/γ′双相单胞有限元模型,进行多轴非比例循环加载应力应变数值模拟。根据宏观有限元模型和γ/γ′双相单胞微观有限元模型的计算结果,以及镍基单晶合金680和850℃低周疲劳试验数据,对疲劳寿命模型进行多元线性回归分析,结果表明微观单胞有限元模型的分析精度比宏观有限元模型显著提高,两种温度下的试验数据分别落在1.6倍和2.0倍偏差分布带内。

关键词：金属材料低周疲劳单晶合金多轴非比例加载单胞模型寿命预测

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镍基单晶合金多轴非比例加载低周疲劳研究

力学学报 2012年第2期44卷 326-333页

作者：丁智平陈吉平王腾飞赵萍湖南工业大学机械工程学院株洲412007 中航工业航空动力机械研究所株洲412002

基于正交设计,分别在680℃和850℃下进行DD3镍基单晶合金薄壁圆管试样([001]取向)拉/扭非比例加载低周疲劳试验,研究等效应变范围、应变路径角、拉/扭载荷相位角、循环特性和温度诸因素对镍基单晶合金多轴低周疲劳寿命的影响作用.疲劳... 详细信息

基于正交设计,分别在680℃和850℃下进行DD3镍基单晶合金薄壁圆管试样([001]取向)拉/扭非比例加载低周疲劳试验,研究等效应变范围、应变路径角、拉/扭载荷相位角、循环特性和温度诸因素对镍基单晶合金多轴低周疲劳寿命的影响作用.疲劳试验数据的极差分析表明,应变路径角、拉/扭载荷相位角和等效应变范围是影响疲劳寿命的主要因素.将菱形应变加载路径区分为比例加载段和非比例加载段,提出了表征非比例加载效应的等效应变参量,并通过引入单晶应变三轴性因子反映拉/扭应变路径角对多轴疲劳寿命的影响.用考虑非比例加载效应的等效应变范围和单晶应变三轴性因子构造循环塑性应变能损伤参量,进行多元线性回归分析,疲劳寿命回归模型与试验寿命具有很好的相关性,所有试验数据都落在2.0倍的偏差分布带之内.

关键词：镍基单晶合金低周疲劳正交各向异性多轴非比例加载正交设计

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复杂应力状态镍基单晶合金低周疲劳损伤模型

应用力学学报 2005年第2期22卷 310-314,i014页

作者：丁智平陈吉平尹泽勇株洲工学院株洲412008 中国航空动力机械研究所株洲412002

根据连续介质损伤力学理论,采用应变能释放率作为热力学广义力描述正交异性材料的疲劳损伤过程,引入取向函数考虑镍基单晶合金晶体取向对疲劳损伤的非线性影响,提出了一个各向异性疲劳损伤模型。应用多元线性回归分析方法,拟合疲劳试验... 详细信息

根据连续介质损伤力学理论,采用应变能释放率作为热力学广义力描述正交异性材料的疲劳损伤过程,引入取向函数考虑镍基单晶合金晶体取向对疲劳损伤的非线性影响,提出了一个各向异性疲劳损伤模型。应用多元线性回归分析方法,拟合疲劳试验数据可确定模型参数。从应变能释放率的应变空间表达式出发,导出了含有3个弹性常数的单晶合金应变三轴性因子,它既反映了材料性能的晶体取向相关性,又反映了正应力和剪应力的相互作用,并可退化为各向同性材料的应变三轴性因子。利用该模型对CMSX-2镍基单晶合金在应力控制对称循环拉-扭载荷作用下的低周疲劳寿命进行预测,预测值与试验值吻合的相当好,试验所得数据均落在2.2倍偏差的分布带内。

关键词：单晶合金正交各向异性低周疲劳损伤模型

面心立方晶体单晶材料多轴低周疲劳寿命的估算方法

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机械工程学报 2008年第2期44卷 213-218页

作者：陈吉平丁智平尹泽勇湖南工业大学机械工程学院株洲412008 中国航空动力机械研究所株洲412002

用立方晶体单晶材料的等效应变和等效应力作为参量,考虑正交各向异性材料偏轴受载时存在正应力和切应力的耦合效应,引入k参量描述非对称循环载荷对疲劳寿命的影响,建立工程上实用的幂函数形式的面心立方晶体单晶材料多轴低周疲劳寿命预... 详细信息

用立方晶体单晶材料的等效应变和等效应力作为参量,考虑正交各向异性材料偏轴受载时存在正应力和切应力的耦合效应,引入k参量描述非对称循环载荷对疲劳寿命的影响,建立工程上实用的幂函数形式的面心立方晶体单晶材料多轴低周疲劳寿命预测模型。将立方晶体单晶材料屈服准则及其弹塑性本构模型集成到ANSYS软件中,对DD3单晶合金在680℃温度下的低周疲劳缺口试样进行非对称载荷循环应力应变分析。对不同的模型参量进行多元回归相关分析,发现用立方晶体单晶材料等效应变和等效应力作为模型参量拟合的回归曲线的相关系数最大,k参量与循环次数之间呈幂函数关系。利用CMSX-2镍基单晶合金薄壁圆筒试样的拉—扭循环载荷低周疲劳试验数据和DD3镍基单晶合金缺口试样的低周疲劳试验数据对模型进行验证,试验所得数据分别落在2.5倍和2.0倍偏差分布带内。

关键词：单晶材料正交各向异性多轴应力非对称循环载荷低周疲劳

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橡胶弹簧结构强度分析及参数优化

振动与冲击 2019年第12期38卷 246-251页

作者：丁智平曾家兴林胜黄友剑湖南工业大学机械工程学院湖南株洲412007 株洲时代新材料科技股份有限公司湖南株洲412007

采用Mooney-Rivlin超弹本构模型,研究锥形橡胶簧结构参数对刚度和最大主应变范围的影响程度,对锥形簧结构参数进行优化。基于正交试验方法,以结构参数大圆弧半径R、凹槽深度h、型面倾角θ和小圆弧半径r为结构强度影响因素,对锥形簧进行... 详细信息

采用Mooney-Rivlin超弹本构模型,研究锥形橡胶簧结构参数对刚度和最大主应变范围的影响程度,对锥形簧结构参数进行优化。基于正交试验方法,以结构参数大圆弧半径R、凹槽深度h、型面倾角θ和小圆弧半径r为结构强度影响因素,对锥形簧进行仿真试验,试验结果表明,型面倾角θ对橡胶弹簧刚度和最大主应变范围影响最大,各因素对刚度的影响程度依次为θ>r>R=h,对最大主应变范围的影响程度依次为θ>h>r>R。基于二阶响应面模型和最优拉丁超立方设计方法,以大圆弧半径R、凹槽深度h、型面倾角θ和小圆弧半径r为设计变量,以弹簧刚度为约束条件,以最大主应变范围为目标函数,建立优化数学模型。采用多岛遗传算法(MIGA)对锥形橡胶弹簧结构参数进行优化,并将优化结果代入仿真模型进行试验验证,刚度和最大主应变范围试验结果与最优解结果的误差分别为1.75%、3.57%,相比原结构最大主应变范围降低19.9%,优化效果较好;试验刚度值与最优解刚度值的误差为4.71%,满足技术要求。

关键词：橡胶弹簧结构强度正交试验参数优化

DD3镍基单晶合金非对称循环载荷低周疲劳寿命预测

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机械强度 2006年第2期28卷 250-254页

作者：陈吉平丁智平尹泽勇湖南工业大学机械工程学院株洲412008 中国航空动力机械研究所株洲412002

在680℃温度下进行[001]、[011]和[111]三种取向的DD3单晶合金光滑试样非对称循环载荷低周疲劳试验,表明晶体取向对DD3单晶合金的应变疲劳寿命有显著影响,[001]取向寿命最长,[111]取向寿命最短。用晶体取向函数修正总应变范围可以在很... 详细信息

在680℃温度下进行[001]、[011]和[111]三种取向的DD3单晶合金光滑试样非对称循环载荷低周疲劳试验,表明晶体取向对DD3单晶合金的应变疲劳寿命有显著影响,[001]取向寿命最长,[111]取向寿命最短。用晶体取向函数修正总应变范围可以在很大程度上消除晶体取向对疲劳寿命的影响;引入参量k表示载荷循环特性对疲劳寿命的影响,它与循环寿命之间呈幂函数关系。根据影响单晶叶片低周疲劳寿命的主要因素,提出循环塑性应变能的计算方法,构成塑性应变能的主要因素应包括总应变范围、取向函数和载荷循环特性等影响参量,它们与塑性应变能之间呈幂函数关系。用塑性应变能作为损伤参量导出单晶合金低周疲劳寿命预测模型,利用低周疲劳试验数据进行多元线性回归分析,所有试验数据均落在2.6倍偏差的分布带内。

关键词：镍基单晶合金非对称循环载荷低周疲劳循环塑性应变能

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橡胶弹性减振元件疲劳裂纹扩展寿命分析

机械工程学报 2010年第22期46卷 58-64页

作者：丁智平陈吉平宋传江王伟晓湖南工业大学机械工程学院株洲412007 株洲时代新材料科技股份有限公司株洲412007

对NR68橡胶纯剪切试样进行疲劳裂纹扩展试验,结果表明裂纹扩展率与撕裂能之间存在幂率关系。基于疲劳累计损伤理论,以撕裂能范围为损伤参量,建立橡胶疲劳寿命预测模型。对NR68橡胶裂纹扩展试验数据进行回归分析,拟合得出模型参数。综合... 详细信息

对NR68橡胶纯剪切试样进行疲劳裂纹扩展试验,结果表明裂纹扩展率与撕裂能之间存在幂率关系。基于疲劳累计损伤理论,以撕裂能范围为损伤参量,建立橡胶疲劳寿命预测模型。对NR68橡胶裂纹扩展试验数据进行回归分析,拟合得出模型参数。综合应用有限元结构分析方法、橡胶材料等效应力计算方法和橡胶单侧切口拉伸(Single edge notched tensile,SENT)试样拉伸试验的应力应变数据,提出橡胶弹性减振元件撕裂能范围的计算方法,从而将弹性减振元件在复杂应力状态下的疲劳寿命问题转化为单向应力状态下橡胶材料的疲劳寿命问题。利用所建模型对锥形橡胶弹簧的疲劳寿命进行分析预测,并通过锥形橡胶弹簧台架疲劳试验进行验证,结果显示预测疲劳寿命是试验疲劳寿命的1.33倍,预测精度比较理想。

关键词：橡胶弹性减振元件疲劳寿命撕裂能等效应力