文档介绍：第十章疲劳寿命预测和抗疲劳设计
概述
损伤容限分析中的损伤累积方法
耐久性设计概述
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由于疲劳问题的复杂性和分散性,任何预测方法都只能给出统计正确的平均疲劳寿命。
第十章疲劳寿命预测和抗疲劳设计
概述
裂纹起始(萌生)寿命Ni:
从开始使用到出现工程可检的裂纹ai为止;
裂纹扩展寿命NP:
从ai扩展到临界裂纹尺寸aC的寿命。
总寿命 N= Ni + NP;
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1. 关于寿命预测方法的一般要求
具有较高的精度和可靠性。即使用寿命或
实验数据应在预测值及其分散带内。
有较普遍的适用范围。适用于不同的载荷
谱、不同的材料、构件和环境,至少也
要知道该方法的正确性条件。
不要求过多的、逐一硬配的实验参数。
计算费用低,至少要比实物疲劳试验低。
最好能用于裂纹起始和扩展二阶段寿命预测。
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2. 寿命预测方法分类
不考虑缺口根部或裂尖高应力区复杂情况的简单方法。例如,S-N曲线,Miner理论, Paris 或Forman的裂纹扩展公式等。
考虑缺口根部或裂尖复杂情况之一部分的方法。如Neuber理论;Willenberg模型等。
试图描述缺口根部或裂纹尖端真实情况的方法。如 Elber的裂纹闭合理论。
利用实际谱序实验结果的方法。例如,相对Miner理论,Wheeler迟滞模型等。
以恒幅疲劳试验为基础
考虑实际谱的影响
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3. 疲劳设计方法
无限寿命设计:不萌生裂纹: SaSf
裂纹不扩展: KKth
有限寿命设计:依据S-N、-N曲线和Miner理
论、相对Miner理论进行。
恒幅载荷
S-N曲线
e-N曲线
寿命预测
有限寿
命设计
变幅
载荷
Miner
累积损伤理论
随机
载荷
雨流
计数
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不同疲劳设计方法之间相互补充、完善,以满足不同的情况、不同的要求。
损伤容限设计:考虑裂纹,以检查保安全。
裂纹如何扩展?结构或构件的剩余强度如
何随裂纹扩展下降?如何确定检查周期?
综合控制缺陷尺寸、剩余强度及检查周期。
耐久性经济寿命分析:
考虑裂纹群及其扩展,考虑使用载荷下的
结构损伤状态,考虑维修经济性。
综合控制安全、功能和经济。
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损伤容限分析中的损伤累积方法
1. 损伤容限设计原理
s
max
使用寿命
损
伤
长
度
a
结
构
强
度
或
载
荷
s
R
<K
C
/Y
p
a
剩余强度曲线
a
0
损伤增长曲线
正常工作载荷
检查期
a
i
a
c
可
检
裂
纹
长
度
假定存在初始损伤a0;预测损伤增长曲线、剩余强度曲线,合理安排检查与修理,保证安全。
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目标是:以检查控制损伤的程度,保证结构安全。
关键是:随机谱下的损伤累积方法,尽可能正确
地预测结构中的损伤增长。
损伤容限设计三要素为:
剩余强度曲线:
用断裂力学方法分析;
损伤增长曲线:
进行疲劳裂纹扩展分析;
检查周期
检出能力与概率统计分析。
s
max
使用寿命
损
伤
长
度
a
结
构
强
度
或
载
荷
剩余强度曲线
a
0
损伤增长曲线
正常工作载荷
检查期
a
c
a
i
可
检
裂
纹
长
度
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在任意第i个循环下,
由谱可知i和Ri,有:
(da/dN)iai/Ni=f(i,ai,Ri)
注意Ni=1,可算得ai。
2. 随机载荷谱下的损伤累积方法
A) 逐循环直接求和法
特点是:适用性广,可用于各种载荷谱;可考虑
载荷间的相互作用。但N大,计算费时。
s
N
o
于是,裂纹尺寸和对应的循环次数为:
ai=a0+ai; N=Ni
逐循环累积损伤,将给出随机谱下的a-N曲线。
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B) 线性近似数值积分法
适用于含较长等幅块的载荷谱。
基本假设是:在某段等幅循环中,裂纹扩展a内,
da/dN近似保持为常数。
损伤累积方法为:
1 ) 由载荷谱确定载荷水平j下的
maxj、minj、Rj和Nj。
2)计算(da/dN)j=f(j , aj , Rj)
3) 选取适当的a(控制精度,如a),
计算N=a/(da/dN)j。
s
N
s
s
max
min
j
j
N
j
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