板状构件的疲劳裂纹形成及疲劳寿命预估.pdf

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1、·34·重型机械2010No．6板状构件的疲劳裂纹形成及疲劳寿命预估谭文锋，王银海，张文志(燕山大学，河北秦皇岛066004)摘要：采用虚功原理分析了大范围损伤条件下平面应力板状构件的疲劳裂纹形成及疲劳寿命预估问题。导出了平面应力板状构件在大范围损伤条件下的疲劳裂纹形成及疲劳寿命预估的封闭解答。该方法力学概念清晰、明确，可广泛用于分析各类板状构件在大范围损伤条件下的疲劳裂纹形成及疲劳寿命预估问题。为预估板状构件的疲劳裂纹形成及疲劳寿命提供了新思路和新方法。关键词：损伤力学；板状构件；疲劳裂纹；寿命预估中

2、图分类号：TU581文献标识码：A文章编号：1001—196X(2010)06—0034—04Predictionoffatiguecrackinitiationlifeofplate-likecomponentTANWen—feng，WANGYin-hai，ZHANGWen·zhi(YanshanUniversity，Qinhuangdao066004，China)Abstract：Thispaperanalyzedthepredictionoffatiguecrackinitiationlifeof

3、planestressplate—shapedcomponentwhichleadstolargerangedamagebyuseofvirtualworkprincipleandderivedtheclosed—formsolutionaboutthepredictingfatiguecrackinitiationlifeofplanestressplate—shapedcomponentwhichleadstolargerangedamage．Themethodadoptedinthispaperw

4、ithclearanddefinitemechanicalconcept，canbewidelyusedinanalysisofpredictingfatiguecrackinitiationlifeofvariousplate—shapedcomponentwhichleadstolargerangedamage．Anewthinkingandnewmethodisprovidedforpredictingfatiguecrackinitia—tionlifeofplate—shapedcompone

5、nt．Keywords：damagemechanic；plate—shapedcomponent；fatiguecrack；predictionoflife的方法。这种方法利用已有的标准试验结果，依1概述照经验性的当量原则或修正办法，对实际情况的板状构件是机械工程中的常见构件。其疲劳疲劳指标进行估算。然而，要对千差万别的实际裂纹影响寿命，本文应用损伤力学方法对其进行情况进行完备的修正，必须进行大量的统计试分析。验，这是不现实的。对于一般工程构件，疲劳失效过程一般分为应力集中程度较低的平面应力状态板状构裂

6、纹形成与裂纹扩展两个阶段。就裂纹形成阶段件的疲劳裂纹影响寿命问题属于大范围损伤问而言，一般采用两种分析方法。其一是完全的试题。对于大范围损伤问题，可以与大范围塑性验方法，直接通过与实际情况相同或相似的试验问题类似，援引经典固体力学中关于位移与应来获取所需要的疲劳数据，这种方法虽然可靠，变模态的假设。文献[1]提出并讨论了大范围但成本高且费时。其二是试验与统计经验相结合损伤情况构件疲劳裂纹形成寿命预估的方法，本文将其推广应用于预估平面应力状态下的板收稿日期：2010—07—25；修订日期：2010—09—

7、30状构件的疲劳裂纹形成及疲劳寿命问题。作者简介：谭文锋(1962一)，男，燕山大学建筑工程与力学学院副教授。2010NO．6重型机械·35·式中eE(e+；)2板状构件疲劳裂纹形成及疲劳寿将：y式命的封闭解e(Lgey：)(7)假设含损伤平面应力板状构件的位移场与方阿几人=一一=E具有相同形状、相同载荷、相同约束的无损伤y==构件的位移场是相似的。以、表示含损伤板为对应的无损伤板状构件的本构方一程。一一状构件的位移分量，、表示对应的无损伤程下面应用虚功原理建立含损伤板状构件的平板状构件的位移分量。对大

8、范围损伤情况，援衡方程，给广义位移以虚位移。由式(1)含引经典固体力学中关于位移与应变模态相似的损伤板状构件的虚位移为假设，即令6u=M，=(8)u：，=(1)设作用于含损伤板状构件的体力与面力分量其中，为待定系数，代表含损伤构件的广义位移。分别为，F与，，则外力虚功为6：(F6“+Fy6v)da+fST(L8“+)ds(9)式中，A，S分别为板的面积和静力边界。(2)将式(8)代人式(9)，可得aau=(10)+式中，P为在上做功的广义外