第41卷 第4期2009年4月

哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报

JOURNALOFHARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY

Vol141No14Apr.2009

基于损伤累积理论的多轴疲劳寿命预测方法

张 莉,唐立强,付德龙

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(1.哈尔滨工业大学航天科学与力学系,哈尔滨150001,19666894@hit.edu.cn;

2.哈尔滨工程大学建筑工程学院,哈尔滨150001)

摘 要:为估算工程构件的疲劳寿命,建立一种基于损伤累积理论的多轴疲劳寿命预测方法.利用有限元法和疲劳损伤累积理论对6种损伤参量进行修正,计算得到在单轴、双轴比例、双轴非比例、三轴比例和三轴非比例循环载荷作用下疲劳损伤累积规律,建立一种幂指数形式的损伤演化方程,估算疲劳寿命,并与试验结果进行比较.计算结果表明:单轴疲劳载荷作用时,损伤累积规律是线性的;多轴疲劳载荷作用时,损伤累积规律是非线性的;由这种方法预测的双轴比例、非比例加载的疲劳寿命与试验值吻合得很好.得到一种可解决三轴非比例加载疲劳问题的寿命预测方法,这种方法所需由试验确定的常数少.关键词:多轴非比例加载;损伤累积;寿命估算方法

中图分类号:O36文献标识码:A文章编号:0367-6234(2009)04-0123-03

Anevaluationmethodoffatiguelifeundermult-iaxial

loadingbasedondamageaccumulationtheory

ZHANGLi,TANGL-iqiang,FUDe-long

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(1.Dept.ofAstronauticScienceandMechanics,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China,19666894@hit.edu.cn;

2.SchoolofCivilEngineering,HarbinEngineeringUniversity,Harbin150001,China)

Abstract:Toevaluatethefatiguelifeofengineeringcomponentsundermulti-axialloading,amethodbasedondamageaccumulationtheoryispresented.Sixdamageparametersweremodifiedusingthefiniteelementmethodandthedamageaccumulationtheory.Thefatiguedamageaccumulationruleswerecalculatedunderu-niaxia,lbiaxialproportiona,lbiaxialnon-proportiona,ltriaxialproportionalandtriaxialnon-proportionalloadings.Theexponentialequationofdamageevolutionwasestablishedtoestimatethefatiguelivesunderdi-fferentloadings,andthecalculationresultswerecomparedwithexperimentalresults.Itisshownthatthedam-ageaccumulationrulesarelinearunderuniaxialloading,whiletheyarenon-linearundermult-iaxialloading.

Thecalculationresultsagreewellwithexperimentalresults.Thederivedlifeevaluationmethodcanbeusedtosolvetheproblemsoffatigueundertriaxialnon-proportionalloadingandneedslessconstantstobedeterminedinexperimen.t

Keywords:mult-iaxialnon-proportionalloading;damageaccumulation;evaluationmethodoflife 众所周知,突发的断裂事故多数是由多轴疲劳破坏造成的.对于多轴低周疲劳寿命的预测,早期采用等效应变方法.其后,应用的方法包括能量

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法、临界面法和临界面应变能密度法.对临界

收稿日期:2006-07-18.

基金项目:黑龙江省自然科学基金资助项目(A01-10).作者简介:张 莉(1968)),女,博士,副教授;

唐立强(1953)),男,教授,博士生导师.

面法和临界面应变能密度法进行了大量的研

[2-3]究,建立了几十种损伤模型,但是这些损伤模型都有着一定的局限性.因此,有必要在损伤模型的建立或对现有模型修正方面进行更深入地研究,以获得更适用的疲劳寿命预测方法.

为了建立多轴疲劳寿命的预测方法,对常用的6种损伤参量进行修正.在有限元分析基础上计算得到在单轴、双轴比例、双轴非比例、三轴比例和三轴非比例循环载荷下,6种修正损伤参量