文档介绍：第 20卷第4期固体力学学报 Vol. 20 No. 3
1999年 12月 ACTA MECHANICA SOLIDA SINICA December 1999
多轴非线性连续疲劳损伤累积模型的研究 X
尚德广1 王德俊2 姚卫星1
(1南京航空航天大学飞行器系,南京,210016) (2东北大学机械工程学院,沈阳,110006)
摘要根据所建立的单轴非线性疲劳损伤累积模型,在多轴疲劳损伤临界面原理研究的
基础上,针对多轴比例与非比例加载,建立了多轴非线性连续疲劳损伤累积模型,该模型可以考
虑多轴疲劳极限、平均静水应力以及损伤参量与加载参数的不可分离的特点,并且能够反映出
多轴加载顺序的影响. 最后讨论了该多轴疲劳损伤累积模型在多级加载下的递推形式. 经多轴
二级及块载疲劳试验数据验证表明,用该模型预测多轴疲劳寿命,其结果令人满意.
关键词非线性疲劳损伤累积,多轴疲劳,非比例加载,损伤计算,寿命预测
1 引言
大多数工程零部件是承受多轴变幅循环加载,如何处理多轴疲劳损伤累积问题是估算
疲劳寿命准确性的关键. 在单轴疲劳损伤累积研究中,主要存在两种理论,即线性损伤累积
理论和非线性损伤累积理论. 由于线性损伤累积理论没有考虑载荷顺序等效应的影响,人们
便提出了非线性损伤累积理论[1~3 ] ,但如何具体建立多轴疲劳损伤累积模型,目前这方面研
究极少且缺乏具体的试验验证[4 ] ,有待于进一步深入研究.
本文首先在研究单轴非线性疲劳损伤累积模型的基础上,然后结合多轴疲劳损伤的特
点,根据临界面原理建立多轴非线性疲劳损伤累积模型.
2 单轴非线性疲劳损伤累积模型
在连续损伤力学的基础上,Chaboche[5 ]认为疲劳损伤演化方程可写成如下形式
d D = f (···) d N (1)
其中,函数 f 中的变量可为应力,应变或塑性应变,损伤变量 D 以及温度和硬化变量等. 此
外,为了描述非线性损伤累积和加载顺序效应,函数 f 要求加载参数与损伤变量具有不可分
离性.
疲劳损伤是材料组织结构不可逆演变而引起的微裂纹、微孔洞不断萌生与扩展的过程.
这种不可逆演变过程直接影响材料的宏观性能. 如果把疲劳损伤的能量耗散特性与连续损
伤理论相结合可将式(1) 写成如下的具体形式[6 ,11 ]
n β
α(Δε/ 2 ,σ) K(Δε/ 2)
d D = (1 - D) m d N (2)
M0 (1 - b′σm)
其中函数α(Δε/ 2 ,σm) 取如下形式
n
H( K(Δε/ 2) - σ- 1 (1 - bσm) )
α= 1 - n (3)
aln | K(Δε/ 2) - σ- 1 (1 - bσm) |
X 国家自然科学基金(批准号:59775030) 和中国航空科学基金(批准号:96B52019) 的资助项目.
1997212231 收到第 1 稿,1998210206 收到修改稿.
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固体力学学报· 623 · 1999 年第 20 卷
上式中 H( x) 为 He