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《平穩(wěn)隨機(jī)載荷歷程下的疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律預(yù)測》由會員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、航空學(xué)報ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaSep.252014V01.35No.92500.2505ISSN1000—6893CN11—1929/Vhttp:#hkxb.buaa.edu.CRhkxb@buaa.edu.cn平穩(wěn)隨機(jī)載荷歷程下的疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律預(yù)測白鑫,謝里陽*東北大學(xué)機(jī)械工程與自動化學(xué)院現(xiàn)代設(shè)計與分析研究所,遼寧沈陽110819摘要:工程中多數(shù)裂紋構(gòu)件的受載是隨機(jī)的,為了更合理、更準(zhǔn)確地預(yù)測出服役裂紋構(gòu)件的剩余壽命,針對裂紋構(gòu)件承受平穩(wěn)隨機(jī)載荷且載荷歷程的具體特征、載荷水平及載荷作用頻度未知的情況,提出了一種
2、預(yù)測疲勞裂紋擴(kuò)展壽命的新方法。該方法根據(jù)一段時間對裂紋擴(kuò)展情況的跟蹤觀測,推斷裂紋擴(kuò)展規(guī)律,實(shí)現(xiàn)疲勞裂紋擴(kuò)展剩余壽命預(yù)測。根據(jù)應(yīng)力大小與載荷作用頻度是否均已知,將該方法分為兩階段觀測法與單階段觀測法。結(jié)合一個具體的工程案例,詳細(xì)闡述了該方法的應(yīng)用,且驗(yàn)證了其可行性。所提出的方法應(yīng)用方便、操作簡單,可作為工程中預(yù)測疲勞裂紋剩余壽命的一種依據(jù)。關(guān)鍵詞:疲勞;裂紋擴(kuò)展;剩余壽命;壽命預(yù)測;平穩(wěn)隨機(jī)載荷中圖分類號:V19;THl22文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1000—6893(2014)09—2500—06結(jié)構(gòu)部件服役過程中,可能會由于各種各樣的原因產(chǎn)生裂紋并逐漸擴(kuò)展,甚
3、至發(fā)生斷裂失效。多數(shù)服役結(jié)構(gòu)承受循環(huán)載荷作用[1],因而疲勞失效是其主要失效形式之一。大部分載荷譜經(jīng)簡化后,都比較接近恒幅載荷譜,平穩(wěn)隨機(jī)載荷歷程更是如此[2。3]。正確、合理地估算裂紋構(gòu)件的疲勞壽命,對保證結(jié)構(gòu)安全有至關(guān)重要的作用[4]。不論裂紋構(gòu)件受變幅載荷還是恒幅載荷,估算其有效應(yīng)力強(qiáng)度因子幅值A(chǔ)K?!癧5母1都是預(yù)測疲勞裂紋擴(kuò)展壽命的關(guān)鍵步驟。工程中具有載荷譜或詳細(xì)載荷歷程的構(gòu)件并不多,即有效應(yīng)力幅值A(chǔ)a鮒不易確定。為此,許多研究人員嘗試了多種方法來模擬載荷譜。美國航空航天局(NASA)根據(jù)統(tǒng)計載荷歷程信息開發(fā)了軸向疲勞試驗(yàn)機(jī),用來模擬隨機(jī)載荷[10];
4、Arone[1婦提出了平穩(wěn)隨機(jī)載荷歷程下的疲勞裂紋生長模型。近年來,研究人員開始使用可靠性理論來研究不確定受載條件下的裂紋擴(kuò)展。San—kararaman等[12]通過貝葉斯網(wǎng)絡(luò),提出了一個概率模型來量化不確定性的疲勞裂紋生長,并闡述了模型的驗(yàn)證方法。Zdrate等[1胡建立了載荷循環(huán)數(shù)的函數(shù),提出了一種更新的貝葉斯模型來更新和預(yù)測裂紋長度。以上方法都是由隨機(jī)模型來描述隨機(jī)載荷下的疲勞裂紋擴(kuò)展。然而,建立一個能精確模擬隨機(jī)載荷的模型較困難n“。為此,本文提出了一種新的疲勞壽命預(yù)測方法,即當(dāng)只知裂紋構(gòu)件受平穩(wěn)隨機(jī)載荷的情況下,通過一段時間對裂紋擴(kuò)展情況的跟蹤觀測來
5、確認(rèn)裂紋擴(kuò)展規(guī)律、預(yù)測剩余壽命,且通過算例驗(yàn)證了該方法的可行性與方便性。收稿日期:2013—11—08;退修El期:2014.04·09;錄用El期:2014-05-09;網(wǎng)絡(luò)出版時間:2014—06—0620:11網(wǎng)絡(luò)出版地址:WWWcnki.net/kcms/detail/10.7527/$1000-6893.2014.0099.htmI基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金(51335003,51175072)*通訊作者.Tel.:024-83673915E.mail:lyxie@me.r)eu.edu.cn警l用格式IBaiX,XieLY.Fatiguecrackg
6、rowthlawpredictionbasedonsteadyrandomload[JJ.ActaAeronauticaetAstronauticaSinica,2014.35(9):2500-2505.白鑫,謝里陽.平穩(wěn)隨機(jī)載荷壢程下的疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律預(yù)測[JI.航空學(xué)報。2014.35(9):2500.2505.白鑫等:平穩(wěn)隨機(jī)載荷歷程下的疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律預(yù)測1裂紋擴(kuò)展速率裂紋擴(kuò)展速率是工程構(gòu)件損傷容限分析的重要依據(jù)‘15],Paris公式[16-171作為疲勞裂紋擴(kuò)展速率的近似式,其一般形式為—d—a—CAKm(1)dN、‘7式中:da/dN為裂紋擴(kuò)展速率
7、;C和m為Paris材料常數(shù);AK為應(yīng)力強(qiáng)度因子幅值,其計算公式為AK—AaF石i(2)式中:幻為應(yīng)力幅值;F為裂紋形狀系數(shù);a為裂紋長度。裂紋擴(kuò)展速率公式經(jīng)計算后可獲得裂紋長度a與載荷循環(huán)次數(shù)N的關(guān)系曲線——口一N曲線。通過裂紋擴(kuò)展速率公式計算裂紋擴(kuò)展增量[1引,即可繪制出試驗(yàn)構(gòu)件在不同初始裂紋、不同載荷下的a—N曲線?!?口i+泰×1(3)式中:a:和a川為第i次和第i+1次載荷循環(huán)后的裂紋長度。2預(yù)測疲勞裂紋擴(kuò)展壽命的逐步觀測法該方法根據(jù)一段時間對裂紋擴(kuò)展情況的跟蹤觀測,推斷裂紋擴(kuò)展規(guī)律,實(shí)現(xiàn)疲勞裂紋擴(kuò)展剩余壽命預(yù)測。2.1裂紋擴(kuò)展量觀測法跟據(jù)應(yīng)力大小與載
8、荷作用頻度是否均已知,將