基于非线性连续介质损伤力学方法的微动疲劳寿命预测

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1、航空学报ActaAerOnauticaelAstronauticaSinicaSep252013V01．34No．92122-2129ISSN1000．6893CN11—1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn基于非线性连续介质损伤力学方法的微动疲劳寿命预测李爱民，崔海涛*，温卫东，石炜南京航空航天大学能源与动力学院，江苏南京210016摘要：微动损伤被称为“工业癌症”，为了更加准确预测微动疲劳寿命，本文提出了一种基于多轴非线性连续介质损伤力学(NI。CD)模型的微动疲

2、劳寿命预测方法。该方法在ChabocheNLCD模型基础上，引入临界等效塑性应变幅对其进行改进，得到了适用于微动疲劳的NLCD改进模型，对桥式光滑试件和燕尾榫结构模拟件分别进行了微动疲劳寿命预测，与文献试验结果误差分散带在2倍因子之内，且预测裂纹萌生位置与试验吻合良好，验证了本文方法的有效性。关键词：微动疲劳；寿命预测；连续介质损伤力学；多轴疲劳；燕尾榫；钛合金中图分类号：V231．95文献标识码：A文章编号：1000—6893(2013)092122一08疲劳损伤是材料在循环载荷作用下其性能不断劣化的过程，疲劳损伤过

3、程包括微裂纹形成与扩展以及不同的应力或应变幅之问的相互作用等效应。根据疲劳损伤的这些特点，人们提出了损伤累积理论。其中非线性损伤累积理论考虑到不同载荷顺序及多轴复杂应力的影响，可应用于大多数实际工程问题。Chaboche和Lesne[13在1988年提出一个非线性连续介质损伤(NLCD)模型，并得到不断发展和完善，被广泛应用于估算材料的疲劳损伤和寿命，得到了良好的效果。但疲劳损伤累积方法很少应用于微动疲劳的寿命预测。微动损伤是工程中最为常见、最普通的一种损伤形式。微动可以造成接触表面摩擦磨损，也可以加速疲劳裂纹的萌生和

4、扩展，使构件的寿命大大降低。研究表明，对于某些长寿命的构件，微动疲劳会使其寿命降低30％以上，也有降低80％的例子[2]。因此对微动疲劳寿命进行准确预测具有重要的工程意义。目前微动疲劳寿命预测方法主要有名义应力法口。4]、局部应力应变法[5]、断裂力学方法日]、基于临界平面的寿命预测方法等。关于多轴疲劳理论中的临界平面法，诸多学者提出了临界平面参量，如SSR参量、FIN参量、SWT参量、FFD参量、CCB参量等口]，将这些临界平面损伤参量与微动疲劳寿命建立关系，从而对微动疲劳寿命进行预测。但这些损伤参量与微动寿命的关系

5、式中，拟合参数通常要用到具体构件的微动疲劳试验数据，针对不同形式的构件需要不同的试验数据，试验成本高。本文在ChabocheNLCD模型基础上，引入临界等效塑性应变幅对其进行改进，得到适用于微动疲劳的NLCD改进模型，通过材料光滑试验件的试验数据确定模型参数来预测燕尾榫结构的收稿日期：2012—11—27；退修日期：2013-01．07；录用El期：2013—01—23：网络出版时间：2013—02—1914：35网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929V20130219．1435

6、．003htmI基金项目：江苏省普通高校研究生科研创新计划资助项目(CXZZl2_0170)；中央高校基本科研业务费专项资金*通讯作者．Tel．：025—84890126E-mail：cuiht@nuaa．edu．cn戮属格式}LiAM，CuiHT，WenWD，eta1．Predictionoffrettingfatiguelifebasedonnonlinearcontinuumdamagemechanics．ActaAere—nauticaetAstronauticaSinica．2013，34(9)：2122-2

7、129j李爱民，崔海涛．温l东。等基于菲线性连续贪覆损伤力学方法的徽动疲劳寿命预濑?航空学报．2013，34(9)：2122-2129i李爱民等：基于非线性连续介质损伤力学方法的微动疲劳寿命预测微动疲劳寿命，最后采用文献E8]提供的试验结果，验证本文提出方法的有效性。1NLCD模型1．1单轴NLCD模型Chaboche和Lesne[11在连续介质损伤力学的基础上，提出了NLCD模型，来描述材料逐渐劣化的过程，将裂纹萌生以工程观点来定义，通过连续损伤演化来反映微裂纹的萌生与扩展，对于初始未损伤状态，损伤变量D为0，疲劳破

8、坏时，损伤变量D为l，其中加载参数考虑到最大应力、平均应力等，其非线性疲劳损伤演化表达式[91为dD一[1一(1一D)计1]“‰ax”m’·[蔬摘1]9aN㈩LM(仃。)(一D)J⋯⋯式中：指数口为材料拟合常数；M(a。)为平均应力的函数，其表达式为M(a。)一Mo(1—6：盯。)，其中Mo和6。为材料常数；指数口由最大应力盯。。