收稿日期：2013-11-07；网络出版日期：2014-02-21
网络出版地址：http ：//https://www.doczj.com/doc/845244029.html,/kcms/detail/https://www.doczj.com/doc/845244029.html,.20140221.1033.008.html
基金项目：国家自然科学基金项目资助（50376046）
作者简介：任廷鸿（1973-），男，贵州石阡人，博士，主要从事岩土工程研究。E-mail ：ren-tinghong@https://www.doczj.com/doc/845244029.html,
通讯作者：薛新华（1977-），男，博士，高级工程师，主要从事岩土工程方面的教学与科研。E-mail ：ouqdxxh@https://www.doczj.com/doc/845244029.html,
水
利学报SHUILI XUEBAO 2014年5月
第45卷第5期
文章编号：0559-9350（2014）05-0619-07冲击载荷作用下土的疲劳损伤特性分析
任廷鸿1，张我华2，薛新华3
（1.贵州省水利厅，贵州贵阳550002；2.浙江大学建筑工程学院，浙江杭州310027；
3.四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，水利水电学院，四川成都
610065）摘要：疲劳失效是发生在工程领域中的一类十分普遍的物理现象，用连续损伤力学理论研究岩土工程结构的冲击疲劳损伤过程不论对损伤力学研究发展还是岩土工程理论进步都有创新意义。由于土具有结构性，所以国内外有很多学者在土的本构模型中都引入了“损伤”的概念。但是，在循环荷载作用下，将土的破坏视为疲劳损伤破坏的文章尚不多见。通过对锻锤基础系统的冲击疲劳损伤数值分析，得到了锻锤基础系统在不同寿命阶段（总锻打次数下）单次锻打引起地基土竖向响应、微损伤平均累积变化量以及用宏观平均累积损伤表示的冲击疲劳损伤变量的机理和演变规律，可供类似锻锤基础系统设计时参考。
关键词：冲击荷载；锻锤基础系统；疲劳寿命；损伤
中图分类号：TU432文献标识码：A doi ：10.13243/https://www.doczj.com/doc/845244029.html,ki.slxb.2014.05.0131研究背景
现代机械中的许多构件在工作中承受着重复冲击载荷作用，如凿岩机活塞、钎杆、自动武器的闭锁、供弹、击发、退壳机构中的承力件，以及锻锤基础系统的锻锤杆、锻模、锻锤基础及其地基等。由于土体具有结构性，故国内外很多学者在土的本构模型中都引入了“损伤”的概念［1-7］。但是，在循环载荷作用下，将土的破坏视为疲劳损伤破坏的文章尚不多见。在文献［8］中，H.A.M.van Eekelen 首次对循环载荷作用下的土提出“疲劳”的概念，并以状态变量（或记忆参数）κ来衡量“疲劳”
的程度，但这里的状态变量（或记忆参数）κ在理论上没有基于热力学势的损伤力学中的损伤变量Ω（或冲击疲劳损伤变量D ）定义那么严密。
因此，本文根据锻锤基础及其地基土所承受的重复冲击载荷的特性，将连续损伤力学理论应用于锻锤基础系统的疲劳损伤研究，对连续损伤力学理论提出了“冲击疲劳损伤的观念”，给出了“单次冲击载荷造成的微损伤累积与多次循环重复的冲击载荷作用导致的宏观损伤演变相耦合，并用临界疲劳损伤条件确定冲击疲劳失效寿命的冲击疲劳损伤理论研究模式”，并以此对锻锤基础系统进行了冲击疲劳损伤分析。2地基土的损伤本构方程
本项研究基于以下3方面的认识展开：（1）动力机器基础的地基一般都是在弹性范围内工作，即使在局部应力集中区有塑性变形，其塑性变形也相对较小；（2）在动力机器基础的疲劳损伤问题中，仅当应力值的量级接近材料的疲劳极限应力时才能发生局部的微损伤累积，而一般材料的疲劳极限
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