基于MATLAB疲劳工具箱的开发

论文摘要

本文选用MATLAB作为系统的开发平台,编写一套疲劳工具箱,使其既适用于工程技术人员对关键结构部件的疲劳寿命进行预测,又适用于研究工作者以其为平台,对疲劳理论进行深入的研究。所以,对基于MATLAB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,对疲劳性能参数的拟合过程进行分析,给出了多种疲劳试验曲线的数据拟合过程,如S-N曲线、ε-N曲线、循环σ-ε曲线等；再次,研究了随机载荷的处理、计数及其编谱过程,程序实现了对载荷-时间历程的峰谷值提取、小载荷去除、雨流计数、载荷谱编制等；再次,以名义应力法和相应的疲劳累积损伤理论为基础,考虑平均应力、应力集中、表面状态等因素,实现了适用于高周疲劳的寿命预测；再次,以局部应力-应变法为基础,实现了Neuber法的局部应力-应变的确定过程,考虑了平均应力等因素,实现了适用于低周疲劳的寿命预测过程；最后,基于MATLAB环境的GUI编程,实现了疲劳曲线拟合,随机载荷处理、计数与编谱,名义应力法、局部应力-应变法寿命预测等功能模块的开发。该疲劳工具箱具有较强通用性和扩展性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究的目的与意义
• 1.2 国内外发展状况
• 1.2.1 MATLAB工具箱的发展
• 1.2.2 疲劳分析软件的发展
• 1.3 课题研究内容
• 第2章 疲劳工具箱的功能分析
• 2.1 总体设计思想
• 2.2 功能模块分析
• 2.2.1 疲劳曲线拟合模块
• 2.2.2 随机载荷处理、计数与编谱模块
• 2.2.3 名义应力法寿命预测模块
• 2.2.4 局部应力应变法寿命预测模块
• 2.2.5 其他功能模块
• 2.3 小结
• 第3章 疲劳曲线拟合
• 3.1 S-N曲线的拟合
• 3.1.1 幂函数形式的S-N曲线拟合
• 3.1.2 三参数形式的S-N曲线拟合
• 3.1.3 应用举例
• 3.2 ε-N曲线的拟合
• 3.2.1 Manson-Coffin公式拟合
• 3.2.2 应用举例
• 3.3 循环σ-ε曲线的拟合
• 3.3.1 循环σ-ε曲线
• 3.3.2 应用举例
• 3.4 小结
• 第4章 疲劳载荷处理
• 4.1 引言
• 4.2 载荷压缩
• 4.2.1 峰谷值的提取
• 4.2.2 小载荷去除
• 4.2.3 应用举例
• 4.3 循环计数法
• 4.3.1 循环计数方法概述
• 4.3.2 雨流计数法的程序实现
• 4.4 疲劳载荷谱的编制
• 4.4.1 累积频次曲线的绘制
• 4.4.2 累积频次曲线外推
• 4.4.3 编谱
• 4.4.4 应用举例
• 4.5 小结
• 第5章 基于名义应力法的疲劳寿命预测
• 5.1 名义应力法的概述
• 5.2 名义应力法考虑因素
• 5.2.1 影响零件疲劳强度的因素
• 5.2.2 平均应力的修正
• 5.2.3 疲劳安全因子
• 5.2.4 疲劳累积损伤理论
• 5.3 程序实现
• 5.3.1 名义应力法的寿命估算流程
• 5.3.2 单个循环的损伤
• 5.3.3 程序的特点
• 5.4 小结
• 第6章 基于局部应力应变的疲劳寿命预测
• 6.1 局部应力-应变法概述
• 6.2 局部应力-应变分析
• 6.3 局部应力-应变损伤计算
• 6.4 程序实现
• 6.4.1 诺伯法局部应力-应变求解
• 6.4.2 滞回线的绘制
• 6.4.3 局部应力应变法寿命估算流程
• 6.4.4 单个循环的损伤
• 6.5 小结
• 第7章 界面设计
• 7.1 曲线拟合的界面设计与应用
• 7.2 载荷处理的界面设计与应用
• 7.3 基于名义应力法疲劳寿命预测的界面设计与应用
• 7.4 基于局部应力应变法寿命预测的界面与应用
• 第8章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 致谢