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《南京航空航天大学》 2009年
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多轴疲劳寿命模型及疲劳试验谱编制方法研究

赵勇铭  
【摘要】: 本文针对承受多参数、非比例载荷的结构,开展其疲劳寿命预测模型以及疲劳试验谱编制方法的研究。 采用有限元方法分析了简单带孔结构件和实际发动机机匣在不同多参数载荷作用下的应力应变分布特点,计算了构件在不同多参数循环载荷下的疲劳损伤分布。结果表明,在多参数载荷作用下,构件的最大应力点和最大疲劳损伤点的位置将随载荷变化而变化。 针对多参数载荷下多点、单轴应力破坏模式的结构,提出了一种基于损伤等效原则的多参数疲劳试验谱编制方法。该方法先采用疲劳损伤计算方法求得多轴随机载荷作用下的初始裂纹萌生位置,然后对该点的应力应变历程进行雨流计数,对得到的应力应变循环按幅值进行分组,统计各组的载荷循环数并计算其损伤平均值;再对各组进行多参数循环载荷搜索,使该多参数循环载荷作用下结构的最大损伤点位置与原谱作用结果一致,且循环损伤等于组平均损伤;最后将各组所搜索到的多参数循环载荷按一定顺序连接起来,即得到多参数疲劳试验谱。试验结果表明:利用该方法所编制的疲劳试验谱的试验寿命分散带在2倍之内,编谱方法是有效的。 建立了一种椭圆形式的多轴疲劳寿命预测模型。该模型考虑临界损伤平面上的最大剪切应变幅和法向应变程两个参数,并引入最大等效应力来考虑非比例循环附加硬化的影响,在单轴拉伸及扭转应力状态下退化为常规的单轴疲劳应变寿命模型。经不同材料的常幅多轴疲劳试验数据分析表明,所建立的疲劳寿命预测模型可同时适用于多轴比例与非比例循环加载,且具有较小的寿命分散带和标准差,预测精度高,材料适用范围较广,计算简便有效。 针对多参数载荷下单点多轴应力破坏模式的结构,发展了一种基于多轴疲劳损伤等效的疲劳试验谱编制方法。在获得材料的多轴疲劳破坏模式后,采用多轴雨流计数法对主要损伤参量进行计数并分组统计;根据各组损伤值及主要损伤参量平均值进行搜索,使在搜索到的多参数循环载荷作用下的损伤值及主要损伤参量与各组统计平均值一致;最后将各组搜索到的循环载荷按一定的顺序连接起来,得到疲劳试验谱。试验结果表明:利用该方法所编制的疲劳试验谱的试验寿命分散带在2倍之间,提出的疲劳试验载荷谱编制方法是有效的。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:V231.95

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