p-S-N曲线试验方案设计与验证

论文摘要

考虑到疲劳试验数据的分散性,将疲劳寿命与一定的可靠度联系起来,从而可以得到一组不同可靠度p下的S-N曲线,即可靠度-应力-疲劳寿命曲线,称之为p-S-N曲线。p-S-N曲线广泛应用于表征材料和零件疲劳性能,故又称为概率疲劳性能曲线。对于承受交变载荷的材料而言,该曲线是一种十分重要的基础设计资料,它代表了更客观、更完整的应力-寿命关系。成组法是当前通用的p-S-N曲线标准测试方法,该方法充分考虑到了试样疲劳强度数据的随机性和分散性,在试验中使用较多的试样。成组法试验结果能满足一定的统计要求,较真实地反映母体的特征,试验精度与置信度均较高。但是,由于成组法需要的试样较多,从而直接导致试验所需时间长,工作量大,费用高。针对传统成组法的缺点,国内外学者运用经典的疲劳理论和数理统计工具,提出了一些高效或简化的试验方法,以减少试验工作量。这类方法中,有的是建立在单点法得出的中值S-N曲线基础之上,有的试验的样品数量太少,使所得结果的准确性和置信度下降,难以满足工程的要求。本文运用性能-寿命概率映射原理,认为材料性能处于其母体分布某一概率分位点的试样,在任何应力水平下的寿命都将处于对应于该水平的寿命母体分布的同一概率分位点上。因而,不同应力水平下的寿命分布存在映射关系,不同应力水平下的各寿命样本点之间存在一一对应关系。根据这个对应关系,就可以把不同应力水平下的寿命试验数据转换到某一个指定的应力水平上,形成样本聚集和信息融合效应,进而进行寿命分布参数估计。本文设计了基于性能-寿命概率映射原理的小样本p-S-N曲线试验方案,即新型小子样法。该方法基于疲劳寿命服从对数正态分布,且对数寿命均值和标准差均与应力水平呈线性关系的假设,以及方差统计检验原理,最终能够用较少的试样试验得出置信度较高的p-S-N曲线。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 疲劳问题的历史发展
• 1.3 概率疲劳的历史发展
• 1.4 材料疲劳性能试验数据统计方法的研究现状
• 1.5 本文研究思路及主要工作
• 1.6 本文结构
• 第2章 疲劳可靠性的基本原理和方法
• 2.1 引言
• 2.2 疲劳统计分析基础知识
• 2.2.1 事件、概率和随机变量的统计
• 2.2.2 常见的概率分布
• 2.3 疲劳可靠性试验的基本原理和方法
• 2.3.1 疲劳可靠性术语
• 2.3.2 材料的S-N曲线
• 2.4 本章小结
• 第3章 P-S-N曲线试验方案设计
• 3.1 引言
• 3.2 成组试验法
• 3.2.1 最小试件个数法
• 3.2.2 单侧容限因数法
• 3.2.3 新单侧容限因数法
• 3.3 非成组试验法
• 3.3.1 S-N曲线推断法
• 3.3.2 最大标准差和最大变异系数法
• 3.3.3 基于异方差回归理论的小子样法
• 3.4 基于性能-寿命概率映射原理的新型小子样法
• 3.4.1 性能-寿命概率映射原理
• 3.4.2 新型小子样Ⅰ法
• 3.4.3 新型小子样Ⅱ法
• 3.5 本章小结
• 第4章 试验数据处理及验证
• 4.1 7050-T7451铝合金疲劳寿命概率分布检验
• 4.2 成组法试验
• 4.3 新型小子样法试验
• 4.3.1 新型小子样Ⅰ法
• 4.3.2 新型小子样Ⅱ法
• 4.4 单侧/新单侧容限因数法
• 4.5 试验结果对比
• 4.6 补充试验
• 4.6.1 试验经验数据
• 4.6.2 试验数据处理结果
• 4.6.3 试验结果对比分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 附录1 7050-T7451铝合金疲劳寿命试验数据
• 附录2 K值迭代程序Ⅰ（VB）
• 附录3 K值迭代程序Ⅱ（VB）
• 附录4 单侧/新单侧容限因数计算程序（VB）