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基于损伤力学的疲劳全寿命数值预估方法

科学技术与工程 2024年第11期24卷 4776-4783页

作者：石欣桐杨宇肖迎春黄博冯威中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室西安710065 西北工业大学航空学院西安710072

疲劳失效是影响结构件使用安全的主要问题,对疲劳寿命进行准确预测具有重要的工程意义。基于采用平均应力修正的损伤力学演化模型,结合有限元法建立了同时考虑裂纹萌生与扩展的疲劳全寿命数值预估方法。为了验证该方法,开展了不同应力... 详细信息

疲劳失效是影响结构件使用安全的主要问题,对疲劳寿命进行准确预测具有重要的工程意义。基于采用平均应力修正的损伤力学演化模型,结合有限元法建立了同时考虑裂纹萌生与扩展的疲劳全寿命数值预估方法。为了验证该方法,开展了不同应力水平下铝合金开孔板试样疲劳试验与疲劳数值模拟。结果表明,基于所建立的疲劳数值分析方法能够有效预测开孔板裂纹扩展过程及疲劳全寿命,预测寿命误差带在两倍以内。

关键词：损伤力学疲劳寿命预估平均应力

基于损伤力学的金属构件概率疲劳寿命预测方法

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西北工业大学学报 2021年第2期39卷 326-333页

作者：刘潇然孙秦郑州航空工业管理学院航空工程学院河南郑州450046 郑州航空工业管理学院无人机研究院河南郑州450046 西北工业大学航空学院陕西西安710072

基于连续介质损伤力学,提出了一种预测金属构件高周疲劳寿命的概率方法。结合Eshelby-Kroner局域化准则和金属典型弹塑性本构方程构建了宏细观双尺度应力应变桥联方程;将Lemaitre疲劳损伤演化模型中部分参数随机化,通过对模型反演优化... 详细信息

基于连续介质损伤力学,提出了一种预测金属构件高周疲劳寿命的概率方法。结合Eshelby-Kroner局域化准则和金属典型弹塑性本构方程构建了宏细观双尺度应力应变桥联方程;将Lemaitre疲劳损伤演化模型中部分参数随机化,通过对模型反演优化获取其概率特性。结合双尺度桥联方程和疲劳损伤演化概率模型建立了预测高周疲劳寿命的概率方法,通过Fortran编程实现新算法,作为有限元分析的非嵌入后处理程序。完成了铝合金2024-T3光滑圆棒常幅谱疲劳实验,从而确定模型参数概率特性,以某型飞机蒙皮-带板搭接壁板为研究对象,利用新方法预测其危险点概率疲劳寿命,并完成了相应疲劳实验,验证了新方法预测金属构件概率疲劳寿命的有效性。

关键词：损伤力学疲劳概率特性铝合金

球轴承接触疲劳寿命预估的损伤力学-有限元法

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航空动力学报 2019年第10期34卷 2246-2255页

作者：张杰毅陈果谢阶栋贺志远滕春禹成震杰南京航空航天大学民航学院南京210016 中国航空发动机集团有限公司湖南动力机械研究所湖南株洲412002 中国航空工业集团有限公司中国航空综合技术研究所北京100028

以线弹性力学及连续损伤力学为基础,构建球轴承接触疲劳的损伤演化方程。利用轴承钢GCr15扭转疲劳试验数据拟合得到损伤演化方程中的材质参数。通过该方程预估轴承钢GCr15的扭转疲劳寿命,其结果与试验数据吻合。采用ABAQUS有限元分析软... 详细信息

以线弹性力学及连续损伤力学为基础,构建球轴承接触疲劳的损伤演化方程。利用轴承钢GCr15扭转疲劳试验数据拟合得到损伤演化方程中的材质参数。通过该方程预估轴承钢GCr15的扭转疲劳寿命,其结果与试验数据吻合。采用ABAQUS有限元分析软件仿真得到6206球轴承的接触应力分布并分析了6206球轴承最大接触应力区。根据6206球轴承的载荷及应力应变状态将最大接触应力区简化为二维平面应力模型。在此基础上预估了6206球轴承的接触疲劳寿命。设计并进行了6206球轴承疲劳强化试验。轴承接触疲劳剥落都萌生于内圈,与应力仿真分析结果相契合。三个试验轴承的试验与预估接触疲劳寿命的相对误差分别为29.52%、3.03%和51.16%,验证了接触疲劳寿命预估方法的有效性。研究表明采用损伤力学预估球轴承的接触疲劳寿命是工程中可行且实用的方法。

关键词：寿命预测球轴承损伤力学轴承应力计算罚函数 ABAQUS有限元分限软件

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

基于损伤力学的蓝宝石激光窗口强度分析及数值仿真研究

同方学位论文库评论

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火炮发射与控制学报 2023年第1期44卷 82-87页

作者：郭俊行西北机电工程研究所陕西咸阳712099

为了分析蓝宝石激光窗口的强度,基于Hill′48各向异性屈服方程提出了蓝宝石损伤力学模型,开展了数值化方法研究,并编写了计算损伤变量的USDFLD子程序。采用通用有限元分析软件ABAQUS建立了窗口组件有限元分析模型,仿真分析了蓝宝石窗口... 详细信息

为了分析蓝宝石激光窗口的强度,基于Hill′48各向异性屈服方程提出了蓝宝石损伤力学模型,开展了数值化方法研究,并编写了计算损伤变量的USDFLD子程序。采用通用有限元分析软件ABAQUS建立了窗口组件有限元分析模型,仿真分析了蓝宝石窗口在高压作用下的应力和损伤变量分布。仿真结果表明,窗口受到高压载荷后,在靠近上边缘处的剪切应力最大,该区域的损伤变量值较大,与试验时窗口破裂位置一致,说明该区域的损伤主要受剪切应力影响。为了提高蓝宝石激光窗口的强度和寿命,对该材料强度理论和相关研究结果分析,讨论了提高蓝宝石窗口强度和寿命的工程化技术措施。

关键词：蓝宝石损伤力学激光窗口数值模拟

基于损伤力学和XFEM的舰船蒸汽轮机叶片裂纹扩展研究

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船舶力学 2018年第4期22卷 490-498页

作者：李亚政王峥孙亚非张广辉黄洪雁刘占生哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001 上海空间推进研究所上海200433

叶片作为舰船汽轮机的核心零部件,其在复杂工况下的低周疲劳寿命一直是备受关注的问题。传统的寿命预测方法大多是基于经验公式进行求解,没有考虑损伤累积对材料固有属性的影响,也没有对裂纹萌生和扩展过程进行全面的分析。文章以损伤... 详细信息

叶片作为舰船汽轮机的核心零部件,其在复杂工况下的低周疲劳寿命一直是备受关注的问题。传统的寿命预测方法大多是基于经验公式进行求解,没有考虑损伤累积对材料固有属性的影响,也没有对裂纹萌生和扩展过程进行全面的分析。文章以损伤力学的基本理论为基础,考虑叶片实际非对称循环的工作状态,引入平均应力的概念,推导叶片低周疲劳寿命的计算公式以及损伤随循环次数变化关系的表达式。同时基于有限元分析软件ABAQUS,使用XFEM方法模拟叶片裂纹扩展并进行低周疲劳寿命分析,并与所给出的理论计算结果进行对比。结果表明,所建立的基于损伤力学的低周疲劳寿命计算结果与基于扩展有限元的裂纹扩展模拟结果吻合较好,其对于舰船汽轮机叶片等工程结构的寿命预测具有一定价值。

关键词：疲劳寿命损伤力学 XFEM 裂纹扩展

基于损伤力学的含预腐蚀损伤铝合金的疲劳寿命预测

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北京航空航天大学学报 2021年第12期47卷 2434-2441页

作者：詹志新余洵胡伟平孟庆春北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083 深圳北航新兴产业技术研究院深圳518000 中国直升机设计研究所景德镇333001

在工程结构中,腐蚀疲劳破坏是一种常见的现象,腐蚀坑处往往形成疲劳源,严重影响材料的疲劳特性。基于连续损伤力学理论,提出了含预腐蚀损伤铝合金疲劳寿命预测方法。首先,将腐蚀的影响分为2个方面,即腐蚀造成局部初始损伤和腐蚀形成的... 详细信息

在工程结构中,腐蚀疲劳破坏是一种常见的现象,腐蚀坑处往往形成疲劳源,严重影响材料的疲劳特性。基于连续损伤力学理论,提出了含预腐蚀损伤铝合金疲劳寿命预测方法。首先,将腐蚀的影响分为2个方面,即腐蚀造成局部初始损伤和腐蚀形成的蚀坑造成局部应力集中;其次,建立了考虑预腐蚀损伤的疲劳损伤演化方程,并实现了相应的数值解法;然后,根据预腐蚀疲劳试验结果与数值计算结果,得到预腐蚀引起的材料初始损伤;最后,采用数值解法,对含预腐蚀坑的铝合金进行了寿命预估,并与试验结果进行对比,验证了所提方法的有效性。

关键词：腐蚀疲劳损伤损伤力学有限元铝合金

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基于损伤力学的隧道围岩开挖损伤特性研究

铁道工程学报 2022年第11期39卷 63-69页

作者：李奥张顶立黄俊董飞孙振宇侯艳娟苏交科集团股份有限公司江苏省水下隧道绿色智慧技术工程研究中心南京210019 北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室北京100044

研究目的:隧道围岩损伤的存在直接影响围岩的力学特性和稳定性,如果控制不当,将可能造成围岩失稳、塌方事故,因此必须掌握围岩损伤特性及其演化机理,进而为围岩损伤控制提供依据。本文基于微震监测的现场实测结果,揭示不考虑构造应力条... 详细信息

研究目的:隧道围岩损伤的存在直接影响围岩的力学特性和稳定性,如果控制不当,将可能造成围岩失稳、塌方事故,因此必须掌握围岩损伤特性及其演化机理,进而为围岩损伤控制提供依据。本文基于微震监测的现场实测结果,揭示不考虑构造应力条件下隧道开挖引发的围岩损伤分区特性,采用应变软化模型并引入损伤力学理论,推导隧道围岩损伤区范围的表达式,并与实测结果进行对比,进一步分析围岩损伤特性的影响因素。研究结论:(1)围岩高损伤理论预测和实测结果具有较好的一致性,且围岩越差时,两者差异越小;(2)围岩损伤区半径随着脆性系数λ/E的增大而增大,随着黏聚力c和内摩擦角φ的减小而增大;围岩高损伤区半径随着极限损伤参数D_(cr)的增大而增大,且增速越来越快;(3)极限损伤参数D_(cr)和脆性系数λ/E除了与围岩自身参数相关外,也与支护手段有关,通过有效的支护手段,可以将围岩损伤极限参数控制在较低的水平下,从而确保高损伤区范围较小;(4)本研究成果可为隧道围岩损伤预测及支护设计提供依据。

关键词：围岩开挖损伤损伤力学应变软化损伤范围极限损伤参数

损伤力学在重型切削硬质合金刀具失效分析中的应用探讨

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制造技术与机床 2018年第5期 49-55页

作者：程耀楠聂婉莹贾炜坤王超吴明阳哈尔滨理工大学机械动力工程学院黑龙江哈尔滨150080

为研究刀具失效的微细观本质问题,首先在对损伤力学基本理论及应用分析的基础上,探究重型切削过程中大型工件材料属性与加工技术特性对刀具损伤的影响;然后对硬质合金材料损伤特性与刀具损伤失效进行探讨,明确重型切削硬质合金刀具失效... 详细信息

为研究刀具失效的微细观本质问题,首先在对损伤力学基本理论及应用分析的基础上,探究重型切削过程中大型工件材料属性与加工技术特性对刀具损伤的影响;然后对硬质合金材料损伤特性与刀具损伤失效进行探讨,明确重型切削硬质合金刀具失效与损伤过程存在密切关系;最后基于重型切削载荷特性与刀具损伤属性提出刀具材料损伤失效的具体研究方向及方法。通过应用损伤力学对刀具进行失效分析,不仅能完善刀具失效具体过程,还可为刀具寿命预测及设计开发等提供理论依据。

关键词：重型切削刀具失效损伤力学大型工件硬质合金