基于损伤力学的多轴低周疲劳寿命预测方法研究

摘要

实际工程中，零部件大多处于多轴载荷状态下，大量的疲劳失效都是在复杂的应力状态下发生的。随着疲劳设计方法的逐渐丰富和实际设备运行环境越来越复杂，多轴疲劳研究领域也从高周疲劳扩展到了各种不同载荷水平的疲劳，特别是低周疲劳的研究，由于其载荷水平较大，损伤更加严重，并且广泛存在于大型压力容器、航空航天设备等关系到国家命脉的大型工程中，因此，对于多轴低周疲劳的研究具有很大的现实意义。
　　本文以发展多轴低周疲劳寿命预测方法为主线，基于修正循环强度系数法，建立了一个新的多轴加载等效循环应力应变关系公式，并以此为基础，将一个比例载荷下的低周疲劳裂纹扩展公式推广到了非比例范围，联系修正的等效循环应力应变关系和损伤演变关系的一般形式，得到了一个新的多轴低周疲劳寿命预测模型，然后利用已有的实验数据对模型进行了验证。
　　首先，基于热力学和连续介质损伤力学基本理论，导出多轴低周疲劳的损伤演化关系，并建立起其在热力学框架中应该满足的约束条件。
　　其次，分析了非比例载荷下的循环应力应变关系较比例载荷描述方法的不同，分别通过定义加载路径几何形状、数据统计的方法，从载荷路径、应变幅值两个角度对循环强度系数进行了修正，进而得到了非比例载荷下的等效循环应力应变关系。
　　然后，基于修正的循环强度系数，对总变形能密度进行了重新计算，进而将一个比例载荷下的低周疲劳裂纹扩展公式推广到了非比例范围。
　　最后，以连续介质损伤力学中分析疲劳损伤问题的损伤演化关系和新的多轴循环应力应变关系为基础，建立起非比例载荷下的多轴低周疲劳寿命预测方程，对双轴拉-扭加载下的Q235B钢、HRB335钢圆柱薄壁管试件进行了参数推演和寿命预测，预测结果大部分在2倍误差带以内。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 多轴低周疲劳寿命预测方法和研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 损伤本构关系和损伤演化方程

2.1 引言

2.2 损伤状态下的本构关系

2.3 一般意义的损伤演化方程

2.4 损伤材料的断裂判据

2.5 本章小结

第3章 考虑附加强化效应的多轴低周疲劳寿命预测模型

3.1 引言

3.2 多轴循环应力应变关系描述

3.3 非比例载荷下附加强化效应的修正方法

3.4 修正的多轴非比例循环应力应变关系

3.5 非比例载荷下多轴低周疲劳寿命预测方法

3.6 本章小结

第4章 多轴低周疲劳寿命预测方法有效性验证

4.1 引言

4.2 多轴低周疲劳试验

4.3 模型参数计算

4.4 循环应力应变关系计算流程

4.5 疲劳试件短裂纹扩展行为探讨

4.6 疲劳试件的损伤分析及寿命预测

4.7 本章小结

结论

参考文献

致谢