论文部分内容阅读
现代社会的发展,离不开大量的机械装备以及各种承载结构,而这些结构有80%的失效是由于疲劳引起的。随着科学技术的发展,机械设备及结构承受的载荷越来越复杂、工作环境越来越恶劣,多轴高周疲劳失效成为机械失效的主要形式,给机械的运行带来重大安全隐患,严重威胁着生产安全。同时,在多轴非比例载荷作用下,材料的疲劳损伤一般具有附加强化行为,为多轴高周疲劳的研究带来困难。因此,研究非比例载荷下材料的多轴高周疲劳损伤对社会安全和经济发展具有重大意义。首先,从损伤力学和不可逆热力学基本理论出发,探讨损伤演化方程由单轴加载情况推广到多轴加载情况的等效条件,即:当多轴加载的情况时,如果材料的弹性应变能密度与单轴加载的情况下在加载的全过程相等,那么两种加载条件下材料的损伤演化过程等效。其次,从金属学原理出发讨论非比例附加强化效应的金属学机理,为了考虑非比例加载路径对疲劳寿命的影响,基于双剪统一屈服准则,建立考虑非比例附加强化效应的等效剪应力幅值模型,并且考虑疲劳极限的等效边界条件,将等效剪应力幅值折算为等效正应力幅值,带入疲劳寿命预测模型来描述多轴载荷的非比例度对高周疲劳寿命的影响。再次,将一般意义的Lemaitre损伤演化方程t型与微塑性本构关系结合,得到单轴拉压载荷疲劳寿命预测模型并将其拓展至多轴加载情况,用折算后的等效剪应力幅值带入模型,得到考虑非比例附加强化效应的多轴高周疲劳寿命预测模型,并且对模型中的参数获取方法进行说明。最后,通过引用文献中LY12CZ强化铝合金和SM45C碳素结构钢的拉压-扭转复合高周疲劳试验数据,分别计算两种材料在本文建立疲劳寿命预测模型中的材料参数。为了证明本文所建立的疲劳寿命预测模型的先进性,使用Visual Basic语言编写计算程序,包括本文建立的疲劳寿命预测模型和其他三种对比模型。利用疲劳寿命预测值计算程序获得各个模型对于LY12CZ强化铝合金和SM45C碳素结构钢两种材料的疲劳寿命预测值,通过对比发现,本文建立的疲劳寿命预测模型对于非比例加载的多轴高周疲劳寿命预测相比于其他模型更加准确、稳定,更加适合用于对材料的非比例多轴高周疲劳寿命进行预测。且由于双剪统一屈服准则的特点,本文模型可应用的材料范围更广。