【摘 要】
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随着各种重型机械、工程机械在生产应用中的飞速发展,对其关键结构的强度、刚度以及疲劳寿命提出了更高的要求。单轴加载下疲劳研究已经相当成熟,但在多轴疲劳研究中,特别是
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随着各种重型机械、工程机械在生产应用中的飞速发展,对其关键结构的强度、刚度以及疲劳寿命提出了更高的要求。单轴加载下疲劳研究已经相当成熟,但在多轴疲劳研究中,特别是非比例载荷下,还没有找到统一的可以适用于不同材料、结构和载荷条件的多轴疲劳破坏准则。因此,研究多轴疲劳损伤理论对解决工程构件疲劳强度问题具有重要的理论意义与应用价值。本文以Q345钢的轴类构件为研究对象,通过理论方法分析轴类构件在多轴比例加载、非比例加载下疲劳损伤机理及疲劳寿命,最后通过多轴疲劳试验结果验证。主要研究内容如下:(1)对Q345钢进行多轴疲劳试验研究,通过改变试验载荷条件和试件形状尺寸,研究相位差、载荷幅值与几何参数对多轴疲劳寿命的影响。多轴载荷的加载方式为拉压-扭转复合加载,对Q345钢材料的光滑和缺口试件开展一系列单轴和多轴疲劳试验,为多轴疲劳理论提供试验依据。(2)提出了一种确定缺口试件临界面的方法。该方法应用有限元软件得到不同工况下危险点处的应力应变张量,借助坐标变换矩阵得到任意平面上的应力应变分量,定义最大剪切应变所在的平面为临界面。(3)定义了一个新的与材料特性及相位差有关的非比例附加强化因子,考虑不同相位差及材料特性对附加强化效应的影响,应用该因子可以提高所提出寿命预估模型对不同加载方式及不同材料的适用性。(4)考虑了相位差、材料特性及平均应变对疲劳寿命的影响,基于临界面理论提出了金属材料的多轴疲劳寿命预估模型,通过与FS模型、SWT模型计算结果及疲劳试验结果进行对比,结果表明本文提出的疲劳寿命预估模型要优于其它两种模型,具有较高的寿命预测精度。
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