一种新的多轴缺口疲劳寿命预测方法.pdf

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1、18JlANGSUAVIATION2014年第3期一种新的多轴缺口疲劳寿命预测方法◎吴文涛王英玉／南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室实际工程结构不可避免地存在孑L、连接等应力集中问根部的局部应力和应变进行弹塑性有限元分析。刘恩涛题，即使在最简单的受力状态下，缺口周边也处于较为复等人对多轴随机应变加载下的铝合金缺口件寿命进行了杂的多轴应力场中，在多轴受载时更是如此。因此，缺口研究，采用有限元法对带缺口的实心7075-T7451棒材进件的多轴疲劳问题广泛地存在于工程实际中。深入研究行了建模，并分别在比例载荷、45。非比例以及9O。非比例金属缺口结构

2、的多轴疲劳寿命，提出一种在工程中能够较应变加载下，对缺口件根部的应力、应变响应做了研究。为快捷的估算缺口件多轴疲劳寿命的方法，具有十分重要结果表明：名义剪应力的峰值r作为判断7075-T7451的理论意义和工程实际意义。铝合金带U型缺口的实心棒材裂纹萌生寿命的标准，寿在多轴疲劳研究的初期，由于客观条件的限制，使得命预测具有较高的准确度。李有堂等人对带有U形缺口对多轴疲劳的损伤机理一无所知。在选择哪一个参量作的圆柱形试件，利用有限元分析软件计算各种多轴循环加为损伤参数这个问题上，只能依赖于推测。因此，早期的载情况下缺口根部的局部应力应变场，给出并讨论缺口根多轴疲劳

3、破坏失效准则都是从当时已有的静强度理论出部的局部应力应变响应及其数值结果。发，将其引入到多轴疲劳分析当中。在损伤参数的选择1缺口试验件介绍上，采用等效应力或应变作为参数，将多轴应力应变的加载状态转化为等效的单轴应力状态，进而进行估算零件的实验中所用缺口薄壁试验件的尺寸见图1，为了确保寿命。Morrow在1965年提出了能量方法，认为塑性功试验件的尺寸和表面光滑度等的要求，实验件采用光滑棒的累积是材料产生不可逆损伤进而导致疲劳破坏的主要材车加工而成。缺口半径为1mm的圆孔，关于试验段中原因。1973年，Bl'own和Miller在研究了大量的多轴低心面对称。试件材

4、料为LY12CZ铝合金，其化学成分见周疲劳数据后得到结论：用一个参数描述多轴疲劳已不再表1，材料在室温下的机械性能见表2。有效，在描述疲劳过程时需要两个应变参数。他们提出必15O须考虑在最大剪应变平面上的循环剪应变和法向正应变，因为循环剪应变有助于裂纹成核，而正应变则有助于裂纹的扩展，这也就是所谓的临界平面法。当前，关于缺口件应力集中主要有两类计算方法。其一，是疲劳缺口系数K，法，这种方法将多轴条件下的受力情况，找出一个名义应力并将其与疲劳缺口系数K，组合在一起，然后用适当的屈服准则将该多轴名义应力等效为一个表征缺口周边损伤的应力，对于工程中的韧性材料图1本文实

5、验用薄壁圆管实验件几何尺寸通常采用vonMises准则，而对于脆性的材料则使用最大主应力准则。表1LY12CZ铝合金的化学成分(wt％)例如，Peterson认为，材料特征常数n。的大小是与该材料的晶粒大小以及材料所受到的外界载荷相关的，当这个特征距离n。处的应力达到同样材质的光滑件的疲劳强度时，该缺口件孔边发生疲劳时效。Knop等人在拉压、弯曲以及扭转载荷下，分别对中心孔板、双边缺口平板试表2LY12CZ机械性能验件以及含槽的轴等进行了加载试验，并且应用Neuber法对实验结果进行了验证，结果表明Neuber法对于平面应力循环载荷的情况，疲劳失效分析结果与实验

6、吻合较好。另一种解决缺口应力集中的方法是局部应力应变法。该方法是基于有限元基础上的，通过对结构件进行有限元2有限元建模及分析分析，跟踪缺口件在不同的循环载荷下的弹塑性变形以及载荷是影响结构寿命的决定性因素，尤其是多轴载缺口周边的弹塑性应力场，并且选择某一种破坏准则，来荷，不仅跟载荷的大小有关系，而且跟多轴载荷的类型以对缺口件的受力和疲劳特性进行全程的评估。及非比例程度等都有着直接的关系。本文所用多轴载荷尚德广等人采用有限元对缺口件进行了随机加载，分为拉压和扭转组合，可以是比例加载的，也可以是非比例析了缺口根部的局部应力，对缺口件在随机加载下的缺口加载的，而且非比

7、例加载时，其相位是可以变化的。第3期吴文涛，等：一种新的多轴缺口疲劳寿命预测方法192．1实验载荷及载荷离散对于纯拉和纯扭载荷加载情况，应力的极值出现在其为了便于研究，控制其他参数对于实验结果的影响，峰谷值时刻。而对于其余3组载荷加载，需要将多轴载荷本文选取多轴疲劳载荷中比较有代表性的5种载荷，分别进行离散，以上3级载荷的离散情况见表3～5。为纯拉、纯扭、45。比例、45。非比例以及90。非比例载荷。5表345。比例载荷离散情况级载荷的最大等效VonMises应力相等，均为161．29MPa，仅有路径不同，各组载荷的大小及方向情况见图2。3fr(C(b)纯扭(a

8、)纯拉3"43f／／表4