【摘 要】
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在实际工程领域中,大部分的金属结构和各个部件在工作过程中承受疲劳循环载荷,疲劳已成为结构最主要的失效模式。因复杂结构通常处于多轴疲劳应力状态,多轴疲劳寿命预测方法
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在实际工程领域中,大部分的金属结构和各个部件在工作过程中承受疲劳循环载荷,疲劳已成为结构最主要的失效模式。因复杂结构通常处于多轴疲劳应力状态,多轴疲劳寿命预测方法研究获得了研究者的重点关注,但因其预测结果过于分散,导致最终计算得出的随机多轴疲劳寿命通常偏差较大。随着技术的不断发展,结构部件所承受载荷数据可通过实时监测获取,若能利用实时数据的监测和随机多轴疲劳载荷、随机多轴疲劳寿命相结合,则可使疲劳计算分析的结果更加准确。因而,基于实时数据监测的随机多轴疲劳寿命预测方法研究对服役结构的疲劳寿命准确预测非常重要,但目前该方面的研究依然较为缺乏。本文通过将基于临界面的多轴疲劳失效准则及雨流循环计数法,采用雨流矩阵更新准则,实现了在实时数据监测下随机多轴疲劳载荷的更新。然后,将基于随机多轴疲劳载荷更新方法、随机载荷谱重构法及疲劳损伤累积理论相结合,提出了一种基于实时数据监测的随机多轴疲劳寿命预测方法。主要包括以下两部分:(1)提出基于实时数据监测的随机多轴疲劳载荷更新方法。在工程实际中,结构部件往往承受的都是随机多轴疲劳载荷,随机载荷谱的更新都是基于循环雨流计数的方法上。通过应力分析和基于临界面的合适的多轴疲劳失效准则,得到等效单轴应力载荷谱,随后使用雨流计数法对等效单轴应力载荷谱进行处理,得到初始雨流矩阵;随着监测数据的实时更新,得到实时的更新雨流矩阵。该方法随着实时数据监测信息的更新,预测载荷谱将更加的逼近实际值。(2)提出基于实时数据监测的随机多轴疲劳寿命预测方法。该方法首先根据输入信息模块建立相应的模型。然后,运用有限元的方法找到该结构危险点,并得出该点各向应力分量。在得出临界点的应力状态之后,选择合适的基于临界平面的疲劳失效准则把多轴应力状态简化为等效单轴应力状态,再根据疲劳损伤累积理论计算出其疲劳寿命。随着实时载荷数据收集的更新,可得到实时更新的等效单轴应力载荷谱预测值,进而结合疲劳损伤累积理论更新多轴疲劳寿命的预测值。该方法实现了基于实时数据监测的随机多轴疲劳寿命分析,并随着在线数据的不断更新,其寿命分析值会更加准确的接近实际寿命值。
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