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基于MATLAB的多轴疲劳寿命预测工具箱的开发

庄博然  
【摘要】:本文选用MATLAB作为系统的开发平台,编写一套多轴疲劳寿命预测工具箱,使其既适用于工程技术人员对关键结构部件的多轴疲劳寿命进行预测,又适用于研究工作者以其为平台,对多轴疲劳理论进行深入的研究。所以,对基于MATLAB多轴疲劳工具箱开发的研究具有重要的理论意义与实用价值。 首先,对多轴疲劳工具箱进行功能分析,确定了工具箱的功能模块及其每个功能模块的子功能;其次,对多轴载荷的输入方式做了深入的探究,考虑用户可能的输入情况,为以后的功能分析奠定了基础。多轴载荷的显示模块包括显示加载路径,最大剪应变变化,最大剪应力变化,最大主应变变化,最大主应力变化。它们可以方便用户观察材料平面的应力应变关系。 然后,根据多轴加载条件下应力应变的特点,分别在低高周疲劳领域中使用最大剪应变幅平面法,权值平均最大剪应变平面法,最大主应力幅平面法,和权值平均最大主应力平面法来确定临界平面。其中权值平均最大剪应变平面法和权值平均最大主应力平面法分别以Coffin-Manson公式和三参数S-N曲线方程为依据确定临界平面,反映了平面上应力应变对材料损伤的影响大小,物理意义明确。 再次,研究了多轴随机载荷的处理和循环计数。其中,多轴随机载荷处理包括峰谷值提取和小载荷去除。循环计数包括多轴等效变程计数法和多轴雨流变程计数法。 最后,在多轴加载下建立了多轴疲劳寿命估算模型。给出了较有影响的3个基于临界平面法的多轴疲劳寿命估算模型和2个较新的多轴低周疲劳寿命估算模型;最后,基于MATLAB环境的GUI编程,实现了载荷的输入和显示,临界平面的确定,随机载荷处理和循环计数,多轴疲劳寿命预测等功能模块的开发。该多轴疲劳工具箱具有较强通用性和扩展性。


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