缺口件和焊接件的多轴高周疲劳寿命估算新方法

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疲劳失效是工程结构最主要的破坏形式之一。车辆转向架、飞机结构的零构件以及近海石油平台等等,这些结构往往承受长期循环载荷的作用,故在疲劳循环载荷的作用下,这些承力构件主要表现为弹性循环变形。另外,构件上的缺口或焊缝会引起应力集中,即使在单轴加载时应力集中的部位仍处于多轴应力状态下。相对于单轴疲劳而言,多轴疲劳在力学分析、实验研究以及破坏机理方面都更为复杂。故多轴复杂应力场下的结构高周疲劳行为的研究具有重要的理论意义和实用价值。  本文通过分析疲劳破坏的本质,并借鉴应变能理论的最新成果,对金属材料的多轴高周疲劳分析及寿命预测进行了深入的研究,导出一种应变能-内应力干涉模型的高周疲劳预测方法。所建立的多轴疲劳寿命模型由三个材料参数表示,参数可由单轴疲劳试验数据拟合获得。用不同加载形式、不同材料的多轴疲劳试验来验证本文提出的寿命预测方法,可知本文方法有很好的预测能力。  其次,研究缺口件的高周疲劳寿命预测方法,考虑了缺口处应力梯度的影响,把本文提出的应变能-内应力干涉模型结合缺口处应力梯度来预测缺口件疲劳寿命,用多种不同缺口类型的疲劳试验和理论模型计算结果对比,结果表明,理论模型对不同缺口件有很好的预测能力。  最后,对焊接件进行疲劳寿命预测。用应变能-内应力干涉模型结合缺口处应力梯度来预测其疲劳寿命。用多种不同焊接形式的实验来验证理论模型的正确性,研究结果表明,此焊接件的疲劳寿命估算方法的预测结果是较为准确的。
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