多轴非同频载荷下疲劳寿命预测方法的研究

论文摘要

目前,国内外对多轴疲劳的研究主要集中在常幅加载条件下分为比例和非比例两方面。多数研究者都以不同相位角作为非比例的特征参数来对多轴疲劳试验进行控制,而实际上载荷非比例的形式是多种多样的,载荷的非同相、非同频、不同波形、均值的存在都将引起非比例载荷。现有的文献对非同相的多轴疲劳问题研究的较多,而对其它情况,尤其是非同频的问题研究的很少。实际上,非同频加载下构件受力情况更为复杂,而且工程上的许多构件所受的载荷经常是不同频的多轴载荷,如海上石油钻井平台,飞机起落架等。因此,非同频多轴疲劳研究是进一步认识复杂载荷乃至随机载荷下疲劳损伤机理和失效过程,从而更有效解决实际工程问题所不可缺少的。本文主要研究了多轴非同频加载下材料平面上的应力应变随时间变化的特点及其与同频非同相加载下的异同,并给出此种情况下临界平面确定的方法,提出了新的损伤参量,并建立了相应的寿命预测模型。第一,利用坐标旋转法对材料平面上的应力应变进行分析,并与同频非同相加载下的应力应变特性进行对比,结果发现非同频加载下材料平面上应力应变的变化是变幅的、非同相而且是周期性的。第二,根据对多轴非同频加载下任一材料平面上剪应变和正应力随时间变化的特点,分别在高、低周领域引入权值相加的概念,来确定多轴非同频加载下的临界平面。第三,将临界平面上的剪应变、正应变变程,正应力和剪应力变程分别进行非线性组合建立了多轴非同频加载下高、低周疲劳领域的损伤参量,并将所建立的损伤参量与相关的疲劳寿命预测模型相结合建立了多轴非同频加载下的寿命预测模型。并通过相关文献中的实验结果与利用本文模型预测结果进行对比,结果表明本文中的模型具有较好的预测能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外多轴疲劳寿命预测研究现状
• 1.2.1 多轴同频载荷作用下失效准则与寿命预测方法
• 1.2.2 非同频多轴疲劳的研究现状
• 1.3 课题研究的设想与内容
• 第二章 应力应变分析
• 2.1 引言
• 2.2 非同频多轴加载下的应力应变分析
• 2.2.1 材料平面上的瞬时应力应变
• 2.2.2 非同频加载下材料平面应力应变特性及其与同频的区别
• 2.3 小结
• 第三章 多轴非同频载荷下临界平面的确定
• 3.1 引言
• 3.2 权值相加法确定临界平面
• 3.2.1 最大剪应变平面的权值相加
• 3.2.2 权值相加最大剪应变平面的确定
• 3.3 权值相加最大主应力平面
• 3.3.1 权值相加最大主应力平面的确定
• 3.3.2 多轴非同频加载下最大主应力平面验证
• 3.4 小结
• 第四章 非同频多轴疲劳损伤参量的确定和寿命预测
• 4.1 引言
• 4.2 多轴非同频加载下损伤参量的构造
• 4.2.1 多轴非同频加载下低周领域的疲劳损伤参量
• 4.2.2 多轴非同频加载下高周领域的疲劳损伤参量
• 4.3 验证与比较
• 4.3.1 基于临界平面法的多轴疲劳寿命估算模型
• 4.3.2 试验验证与比较
• 4.4 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢