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缺口件多轴疲劳寿命预估新方法

固体力学学报 2023年第3期44卷 406-416页

作者：刘俭辉张子阳资绒易湘斌兰州理工大学机电工程学院兰州730050 徐州重型机械有限公司徐州221000 甘肃省精密加工技术及装备工程研究中心兰州730050

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... 详细信息

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.

关键词：多轴疲劳寿命预测应力梯度效应非比例附加强化效应

基于损伤力学的缺口件多轴疲劳寿命预测方法研究

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基于损伤力学的缺口件多轴疲劳寿命预测方法研究

作者：岳林兰州理工大学

学位级别：硕士

在工程实际中,大量构件在服役过程中往往承受着复杂的多轴比例和多轴非比例循环载荷,疲劳断裂往往最先发生在构件的几何不连续部位。一方面缺口的存在会导致应力集中,使得缺口附近区域产生非均匀的应力分布场;另一方面,当缺口件在非比... 详细信息

在工程实际中,大量构件在服役过程中往往承受着复杂的多轴比例和多轴非比例循环载荷,疲劳断裂往往最先发生在构件的几何不连续部位。一方面缺口的存在会导致应力集中,使得缺口附近区域产生非均匀的应力分布场;另一方面,当缺口件在非比例循环载荷加载下,会产生非比例附加强化效应,导致构件的疲劳寿命降低。因此,开展应力梯度及非比例附加强化耦合作用下的多轴疲劳寿命预估方法的研究具有重要的理论和工程意义。本文以缺口件为研究对象,通过理论分析、有限元数值模拟和疲劳试验相结合的方法,围绕应力梯度和非比例附加强化对疲劳寿命的影响,开展缺口件裂纹萌生位向数值模拟、疲劳损伤参量表征方法及疲劳寿命预估等相关研究,最后借助缺口件多轴疲劳试验验证本文模型的正确性。主要的研究内容有以下几个方面:(1)提出基于最大剪应变准则的缺口件临界面计算方法。该方法利用有限元软件分析构件的应力分布状态并确定疲劳危险点位置;借助坐标变换原理将不同工况下危险点处的应力和应变分量转化为任意平面上的应力和应变分量;采用数值分析软件搜寻最大剪应变所在平面。(2)建立考虑应力梯度效应的多轴疲劳损伤参量。利用有限元软件分析构件危险点附近的应力应变场并提取临界面上指定路径的等效应力值;借助数值分析软件对提取的等效应力值进行函数拟合并对相对应力梯度函数求极小值得到有效距离;基于应力场强法建立考虑应力梯度效应的多轴疲劳损伤参量。研究结果表明:该多轴疲劳损伤参量可以较好的表征应力梯度效应,且能够定量描述疲劳损伤区域的大小。(3)定义一个新的非比例附加强化因子。该因子基于FS模型,采用临界面上的最大正应力来表征非比例附加强化效应,并引入相位差来体现非比例附加强化效应的强弱。研究结果表明:该因子可以较好的表征非比例附加强化效应,且适用于比例和非比例加载的情况。(4)建立考虑应力梯度和非比例附加强化效应的缺口件多轴疲劳寿命预测模型。该模型基于损伤力学理论,以有效应力场强来构建多轴疲劳损伤参量,以附加强化因子来表征非比例附加强化效应。借助缺口件疲劳试验对该模型进行验证和评估,结果表明:本文模型预估结果与试验结果吻合程度高,并具有较好的预测精度,且预测结果偏安全,更有利于工程应用。

关键词：多轴疲劳缺口件应力梯度效应疲劳寿命预测损伤力学

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考虑应力梯度的多轴缺口件疲劳寿命预测方法

华中科技大学学报（自然科学版） 2021年第3期49卷 80-85页

作者：刘俭辉潘雪梅华飞龙戴宝林兰州理工大学机电工程学院甘肃兰州730050

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... 详细信息

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.

关键词：多轴疲劳缺口寿命预测应力梯度效应临界面法

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考虑应力梯度及附加强化的多轴疲劳寿命预测

华中科技大学学报（自然科学版） 2021年第9期49卷 59-63,71页

作者：刘俭辉华飞龙段红燕郎珊珊兰州理工大学机电工程学院甘肃兰州730050

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... 详细信息

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.

关键词：多轴缺口件应力梯度效应寿命预测非比例附加强化临界面法

球压法在线评价脆性材料的强度特性和残余应力

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无机材料学报 2002年第4期17卷 833-840页

作者：包亦望陈志城苏盛彪中国建筑材料科学研究院北京100024

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... 详细信息

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.

关键词：球压法在线评价脆性材料强度特性残余应力局部强度应力梯度效应