资源描述：
《确定性疲劳累积损伤理论进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、2003年4月中国工程科学Apr.2003第5卷第4期EngineeringScienceVol5No4综合述评确定性疲劳累积损伤理论进展1,212杨晓华,姚卫星,段成美(1.南京航空航天大学,南京210016;2.海军航空工程学院青岛分院,山东青岛266041)[摘要]著名的Miner-Palmgren线性累积损伤理论的提出已有70余年,但由于疲劳问题的复杂性,迄今为止还没有一个模型的工程应用价值能与该理论媲美。疲劳累积损伤理论仍在发展与完善中。文章根据疲劳损伤与疲劳累积损伤理论的特点,将确定性疲劳累积损伤理论分成
2、两大类,即线性累积损伤理论和非线性累积损伤理论,并将主要的非线性累积损伤理论分成五类:a.基于损伤曲线法的非线性累积损伤理论;b.基于材料物理性能退化概念的非线性累积损伤理论;c.基于连续损伤力学概念的非线性累积损伤理论;d.考虑载荷间相互作用效应的非线性累积损伤理论;e.基于能量法的非线性累积损伤理论。文章分析了每一类模型中有代表性模型的物理背景,回答了模型在疲劳累积损伤理论中存在的主要问题,简要评述了模型的优缺点,讨论了确定性疲劳累积损伤理论的几个关键问题。[关键词]疲劳;线性与非线性;累积损伤;损伤力学;能量[中图分类
3、号]V21552[文献标识码]A[文章编号]1009-1742(2003)04-0081-07时间上都是一个连续变化的内变量,是材料真实缺1引言陷对材料力学行为影响的笼统表观量。因此,真实大多数工程结构或机械的失效是由一系列变幅损伤与损伤状态变量之间有一定的函数关系。按照循环载荷产生的疲劳累积损伤造成的。疲劳累积损连续介质损伤力学的观点,疲劳累积损伤是在交变伤理论是研究在变幅疲劳载荷作用下疲劳损伤的累载荷作用下,材料内部结构不可逆变化过程的宏观积规律和疲劳破坏准则,它对疲劳寿命的预测十分连续变量;从能量观点看又是一
4、种能量耗散的不可[1]重要。逆过程。损伤力学从宏观角度用材料的微观裂纹和微孔洞数量,或材料弹性模量、屈服极限、质2疲劳损伤[2]量、密度等的变化,来表征材料内部损伤变量,疲劳损伤的定义:受损物体在交变载荷作用下该变量与时间过程具有单调性。因此,无论宏观上价值或用途减小。其物理解释通常是将损伤概念与还是微观上,疲劳损伤都是一个不可逆过程。失去完整性相联系,如形成微观裂纹、物理性能下2)随机性。疲劳损伤的随机性主要来自两方[3]降等。疲劳损伤在物理上的形式是多种多样的,这面:a.材料内在因素的随机性。微观观测表明,是造成疲劳强度
5、和疲劳寿命分析困难的根本所在。材料的实际损伤是各向异性的,分布是随机的,演目前定义损伤变量有两种途径:a.微观的或物理化过程也是随机的、不连续的;而宏观疲劳损伤正的;b.宏观的或维象的。不论采用何种损伤定义,是微观结构与组织的分布不确定性引起大量微损伤疲劳损伤都有以下特点:的集体贡献。材料的内在因素同样引起材料宏观性1)不可逆性。疲劳损伤无论在空间上还是在能如弹性模量、屈服极限、抗拉强度、断裂韧性等[收稿日期]2002-07-19;修回日期2002-12-31[作者简介]杨晓华(1964-),男,江苏启东市人,博士,海军
6、航空工程学院青岛分院教授82中国工程科学第5卷物理性能的随机分布。b.外部因素的随机性。外伤可以线性累加,各个应力之间相互独立和互不相载荷、加工工艺、伺服环境等外部条件在疲劳损伤关;当累加的损伤达到某一数值时,试件或构件就过程中伴有随机性,这种随机性也可引起疲劳损伤发生疲劳破坏。线形累积损伤理论中最典型的理论[4]的巨大分散性。在实验室可以通过控制实验条件把是Miner-Palmgren理论,简称Miner理论。这种分散性降低到最小。然而,即使严格控制试验1)Miner理论的物理背景。a.在任意等幅疲载荷谱、试验条件及试验件,
7、疲劳寿命和疲劳特性劳载荷下,材料在每一应力循环中吸收等量的净数据仍表现出相当大的分散性。功,净功累积到临界值,即发生疲劳破坏;b.在不同等幅及变幅疲劳载荷下,材料最终破坏的临界3确定性疲劳累积损伤理论净功全部相等;c.在变幅疲劳载荷下,材料各级任何一个疲劳累积损伤理论必定以疲劳损伤应力循环中吸收的净功相互独立,与应力等级的顺D的定义为基石,以疲劳损伤的演化dD/dN为基序无关。础。一个合理的疲劳累积损伤理论,其疲劳损伤2)Miner理论对三个问题的回答D应该有比较明确的物理意义,有与试验数据比a.一个循环造成的损伤为较一致的
8、疲劳损伤演化规律,以及使用比较简单。1D=,(1)N按照疲劳累积损伤规律,目前的疲劳累积损伤式中N是对应于当前载荷水平的疲劳寿命。理论,从方法论上划分,可归纳为宏观维象的疲劳b.等幅载荷下n个循环造成的损伤为累积损伤理论和基于某种损伤机制的、半分析的疲n劳累积损伤理论;从事物
