基于对数正态分布的多部位疲劳结构的疲劳寿命预测方法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaFeb。252017Vol38No2SSN1000-6893CN11—1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．on基于对数正态分布的多部位疲劳结构的疲劳寿命预测方法谭秀峰1，谢里阳1‘*，马洪义1，张娜2，罗义建21．东北大学机械工程与自动化学院，沈阳1108192．中国第一汽车股份有限公司技术中心汽车振动噪声与安全控制综合技术国家重点实验室，长春130011摘要：以实现多部位疲劳结构的寿命预测为目的，基于概率累积损伤法则，

2、推导了基于寿命服从对数正态分布的概率疲劳寿命预测方法。根据损伤临界值与应力水平无关这一前提条件，将损伤临界值由传统确定性的值1转换为随机变量，累积损伤由确定性的中值损伤计算，建立了“中值累积损伤一概率损伤临界值”干涉模型。当对数寿命标准差恒定时，对比了所提出模型和基于MonteCarlo仿真的Miner累积损伤方法的寿命预测结果，验证了模型的准确性以及其方便快捷的优点；当对数寿命标准差变化时，损伤临界值由满足损伤等效的应力基准决定，此时亦可得到高精度的偏于安全的寿命预测结果。关键词：多部位疲劳；疲劳寿命；可靠性；中值损伤；概率损伤临界值；Mon

3、teCarlo仿真中图分类号：V215．7；TBll4．3文献标识码：A文章编号：10006893(2017)02—220376—07高周疲劳失效是机械零部件中常见的失效模式，如齿轮齿根疲劳断裂、轴疲劳断裂等。由于实际工作环境为随机载荷作用，故零部件各关键部位的应力具有不确定性且同时承载的部位具有失效相关性。另外，由于零部件材料内部组织及表面状态的不均匀性，各关键部位在相同应力作用下的疲劳寿命也具有不确定性。这两种不确定性使得零部件出现多个存在失效相关性的薄弱部位，而不仅是应力最大的一个部位。因此，这种复杂串联系统的疲劳寿命很难通过传统的“应力

4、一强度”干涉模型来进行预测口。2]。针对工程中常见的多部位疲劳寿命预测问题，众多学者从不同角度进行了大量的研究。由于恒幅载荷作用下的结构寿命预测不涉及到失效相关性问题，一些学者已经给出了较为成熟的计算方法口6]。对于变幅载荷历程作用下的多部位疲劳问题，多基于各疲劳部位在某一存活率下的S—N曲线，结合Miner线性累积损伤法则，从强度退化邛蜘或累积损伤凹。13]的角度进行系统寿命预测，忽略了寿命的不确定性导致的累积损伤随机性的影响。Miner线性累积损伤法则中，累积损伤为随机变量，概率密度函数难以确定，需要通过MonteCarlo法计算可靠寿命[

5、14。1⋯，计算效率降低，多部位疲劳的寿命计算过程更为繁琐。谢里阳等口61考虑了疲劳寿命的不确定性，在疲劳寿命服从两收稿日期：2016—04—27；退修日期：2016—05—19；录用日期：2016—07．11；网络出版时间：2016—08—1509：04网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／111929V．20160815．0904004htmI基金项目：国家自然科学基金(51335003)；辽宁重大装备制造协同创新中心资助项目*通讯作者．E—mail：lyxie@me．neu．edu．orl戮用格武：谭秀峰，谢里阳，

6、马洪义．等，基于对数正态分布的多部位疲劳结构的疲劳寿命预测方法iJI．靛空学报，2017．38(2)：220376．TANXF，XlELY，MAHY，eta1．Fatiguelifepredictionmethodformulti-sitefatiguestructurewithIognormalfatiguelife!JIActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2017．38(2)：220376220376—1航空学报参数Weibull分布且形状参数不变的条件下，建立了概率累积损伤法则，提出一种适用于多部位疲劳

7、部件的疲劳寿命预测的简便方法。本文根据概率累积损伤法则口6

8、，研究基于对数正态分布的疲劳寿命预测方法，建立了“中值累积损伤一概率损伤临界值”干涉模型，给出了不同应力水平下对数寿命标准差恒定和变化时概率损伤临界值的确定，并进一步地通过与MonteCarlo仿真的实例对比，验证了模型的准确性及高效性。1损伤临界值与应力水平的关系概率累积损伤法则成立的前提条件是：损伤临界值D。的分布与应力水平无关[16I。所以，下面将讨论寿命服从对数正态分布时，D。的分布是否与应力水平无关。若寿命N服从对数正态分布，令D。一等，则D。的分布函数为In(Nd．)HIn

9、d—F(d。)一{f]}e。d以一{fie。d以(1)q瓦J。q孔t。式中：／l和5分别为对数寿命的均值和标准差；N为寿命中值，N—e一。可以看出，D