损伤力学方法预估板状构件的疲劳裂纹形成寿命

摘要

金属构件疲劳失效是许多工程领域中关系到机械设备与工程结构使用安全性以及成本经济性的一个重要因素，由于工程需要的迫切性与疲劳问题的复杂性，将损伤力学应用于疲劳分析是一个重要的研究方向。疲劳失效主要由两部分组成：裂纹形成和裂纹扩展。对于裂纹形成阶段，传统的分析方法还存在一定的难度；而裂纹扩展阶段，目前大多是采用断裂力学方法进行分析。相对而言，对于裂纹扩展阶段的分析，要比裂纹形成阶段的分析成熟合理，所以，对疲劳裂纹形成寿命问题的研究有一定的意义。
　　本文主要是研究建立大范围损伤条件下板状构件疲劳裂纹形成问题的耦联系统及能量原理，并应用其推导板状构件疲劳裂纹形成寿命预估的封闭解答，得到分析板状构件疲劳裂纹形成寿命的新体系。
　　应用虚功原理推导了平面应力板状构件疲劳裂纹形成寿命的封闭解。对大范围损伤条件下平面应力板状构件的疲劳裂纹形成寿命预估问题，采用变分原理进行了分析。定义了该问题的耦联系统，建立了该耦联系统的零差功原理、耦联势能原理和耦联余能原理。应用耦联势能原理导出了平面应力板状构件在大范围损伤条件下的疲劳裂纹形成寿命预估的封闭解。
　　作为本文方法的应用，对平面应力板状构件疲劳裂纹形成寿命进行了计算，给出了预估其疲劳裂纹形成寿命的方法，并计算了算例。与试验数据进行比较，预测结果较为理想，在大范围损伤的情况下，采用此方法预估板状构件的疲劳裂纹形成寿命是可行的，并预估了不同几何形状的板状构件疲劳裂纹形成寿命。

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第1章 绪论

1.1 课题的研究背景

1.2 疲劳问题研究概述

1.3 疲劳损伤问题研究概述

1.4 选题的总体思路和理论依据

1.5 本文主要研究的内容

第2章 损伤力学基本理论

2.1 引言

2.2 损伤变量和有效应力

2.3 损伤本构方程

2.4 损伤演化方程

2.5 损伤力学基本方程和边界条件

2.6 本章小结

第3章 耦联系统和耦联变分原理

3.1 引言

3.2 耦联系统的零差功原理

3.3 耦联系统的势能变分原理

3.4 耦联系统的余能变分原理

3.5 耦联系统的广义变分原理

3.6 本章小结

第4章 板状构件疲劳裂纹形成寿命

4.1 引言

4.2 板状构件疲劳裂纹形成寿命的封闭解

4.3 板状构件疲劳裂纹形成寿命的预估

4.4 本章小结

第5章 板状构件疲劳裂纹形成寿命预估的耦联变分原理及应用

5.1 引言

5.2 板状构件疲劳问题的耦联系统的零差功原理

5.3 板状构件疲劳问题的耦联系统的变分原理

5.4 板状构件耦联系统势能原理的应用

5.5 本章小结

第6章 预估板状构件疲劳裂纹形成寿命

6.1 引言

6.2 材料常数的确定

6.3 对计算方法的验证

6.4 预估不同几何形状构件的疲劳裂纹形成寿命

6.5 本章小结

结论

参考文献

致谢

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