典型缺口件疲劳寿命分析方法_张成成 (1)

疲劳缺口系数 K_f 和随机疲劳寿命估算
叶笃毅;王德俊
【期刊名称】《机械强度》
【年(卷),期】1991()4
【摘要】基于局部应力—应变实验分析和随机疲劳试验,就国内外文献中关于确定疲劳缺口系数 K_f 的方法和近似计算公式进行了研究,并结合修正 Neuber 法则将其应用于随机载荷下缺口件的局部应力、应变计算与疲劳裂纹形成寿命估算。

通过与实测结果的比较,分析讨论了各种近似计算公式的精度及其对疲劳寿命估算结果的影响。

最后为工程疲劳寿命估算方法推荐了几种较符合实际的 K_1 近似计算公式。

【总页数】6页(P32-36)
【关键词】疲劳缺口系数;局部应力-应变;疲劳寿命;随机载荷;修正Neuber法则【作者】叶笃毅;王德俊
【作者单位】南京建筑工程学院;东北工学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG115.57
【相关文献】
1.基于局部应力应变场强法的薄壁缺口结构随机声疲劳寿命估算 [J], 唐金;沙云东;郭小鹏
2.估算缺口构件疲劳裂纹萌生寿命的局部应力应变法的改进 [J], 刘曦
3.论疲劳缺口减缩系数K_f [J], 姚卫星;顾怡
4.基于实验确定疲劳缺口系数K_f的方法 [J], 王茂廷
5.应力场强(SFI)法下的疲劳缺口系数K_f的计算 [J], 杨晓华;陈跃良
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缺口件疲劳特性研究方法田大将;李江华;林伟;金丹【摘要】缺口件疲劳问题的研究日益引起各国学者的重视.局部应力-应变法以其简单性在工程中得到了广泛应用,该方法通常会得到偏于安全的结果.引入疲劳缺口因子代替弹性应力集中因子针对缺口疲劳进行研究,仍未能从本质上改善预测结果的准确性.考虑到"热点应力"附近的相对应力梯度,提出了应力梯度法研究缺口件疲劳问题,这一概念亦被用于应力场强度方法中,如何准确确定损伤区域是应力场强度方法需要解决的问题.临界距离理论可将Neuber律、Peterson方法及应力场强度方法进行有效统一,同时有限元方法的发展进一步支持了该理论.目前,该方法在高周疲劳研究中取得了较好的效果,但对低周疲劳寿命预测的有效性仍需进一步的验证.【期刊名称】《力学与实践》【年(卷),期】2015(037)005【总页数】6页(P580-584,579)【关键词】缺口件;局部应力-应变法;应力场强度方法;临界距离理论;有限元方法【作者】田大将;李江华;林伟;金丹【作者单位】沈阳化工大学能源与动力工程学院,沈阳110142;沈阳化工大学能源与动力工程学院,沈阳110142;沈阳化工大学能源与动力工程学院,沈阳110142;沈阳化工大学能源与动力工程学院,沈阳110142【正文语种】中文【中图分类】O346.2金丹，1976年出生，教授、硕士生导师.现为辽宁省高等学校创新团队骨干成员、辽宁省压力容器协会会员，于日本立命馆大学机械工学部访问一年.获得辽宁省教育厅普通高等学校优秀青年骨干教师和辽宁省第八批“百千万人才工程”百人层次人选荣誉称号.主要研究方向为金属材料的疲劳与断裂等，主持完成国家自然科学基金项目、博士后科学基金项目及辽宁省教育厅项目多项，参与多项国家级、省部级项目及横向课题的研究工作，获辽宁省科技进步一等奖及中国石油和化学工业联合会技术发明一等奖，在国内外重要学术刊物上公开发表科研论文40多篇，被SCI和EI数据库收录21篇.随着现代工业的迅速发展，生产规模的大型化、复杂化和高参数等造成了结构件发生疲劳失效的事故逐年增加，疲劳寿命预测是结构设计过程中不可缺少的内容.针对光滑件单轴和多轴疲劳研究进行了大量的工作，积累了丰富的经验.但工程实际中，很多构件设计中不可避免会存在开孔、凸肩、键槽以及一些原始制造缺陷，这些局部几何形状的急剧改变，引起了应力集中和很大的应力梯度，在长期交变载荷作用下，处于多轴应力状态的应力集中部位往往最先发生疲劳失效，采用缺口件研究几何形状不连续对材料和结构疲劳性能的影响日益引起重视.虽然针对缺口件疲劳的研究进行了许多工作，但因为问题的复杂性，对其研究有待深入.近来，魏安安等［1］、张成成等［2］从带缺口构件疲劳寿命的构成、缺口疲劳寿命及锐缺口疲劳裂纹萌生寿命的研究现状、缺口件典型疲劳寿命分析方法等方面进行了简要阐述.本文从缺口件疲劳寿命预测的几个主要方法，即局部应力--应变法、应力梯度法、应力场强度方法、临界距离理论和有限元方法研究五个方面，对缺口件疲劳研究进行回顾，并对该问题后续工作进行了展望.自从认识到应力集中对疲劳失效的影响以来，使用缺口件进行疲劳研究，成为各国学者多年来致力研究的课题.以Neuber法为代表的局部应力--应变法，由于计算简单，成为国内外工程界预测工程结构件疲劳失效寿命的常用方法.其表达式为式中，.σmax和εmax为局部最大应力和最大应变，σn和εn为名义应力和名义应变.使用该法的关键是确定缺口根部处的应力应变值，有限元方法和近似分析方法可以进行求解.但由于该法没有考虑缺口强化效应和缺口根部的瞬态效应结果，将分布极不均匀的应力场简化成按最大应力均匀分布的应力场，仅采用缺口根部处的最大应力应变作为损伤参量，带来了很大的误差.而后提出了修正Neuber法，利用该法计算局部应力和应变，最关键的一环是确定疲劳强度削弱因子.目前，提出了许多经验公式来计算疲劳强度削弱因子与弹性应力集中因子之间的关系，夏开全等［3］从点应力模型、断裂力学模型和场强法模型3个方面对此问题的研究进行了回顾.Ostash等［4］采用过程区尺寸来确定疲劳应力集中因子，文中给出了几种过程区尺寸的计算方法，但总的来说准确求得疲劳强度削弱因子依然很困难.胡本润等［5］以大量实测的高周疲劳实验数据为依据，将数据按材料类别进行整理，建立了疲劳强度削弱因子和弹性应力集中因子之间的关系.但对于其他材料，该法的适用性有待于进一步的验证.虽然采用疲劳强度削弱因子比采用弹性应力集中因子提高了寿命预测精度，但该概念仍仅采用最大应力点（“热点”）根部处应力和应变结果进行疲劳寿命预测，其保守程度随缺口本身尖锐程度的增加而增加［6-7］.为了克服局部应力--应变法的缺点，提出了应力梯度法.该法认为缺口根部的内层晶粒对外层高应力区的晶粒具有支持效应，其效果由峰值应力附近的相对应力梯度来决定.最早提出应力梯度概念的是Siebel等［8］，其表达式为此后，考虑到应力梯度造成的应力松弛，采用有效应力来计算疲劳损伤［9-10］，其表达式为Morel等［11］考虑应力梯度及最大应力的影响，采用试验和模拟相结合的方式对应力梯度的影响进行了研究.结果表明，应力梯度的影响远大于尺寸效应.采用弹塑性疲劳强度削弱因子来考虑应力--应变梯度的影响亦进行了一些工作［12］，该方法类似于Neuber和Peterson所提出的高周疲劳区估算缺口疲劳强度的方法. 疲劳失效机理的研究表明，结构的疲劳强度不仅取决于缺口根部的峰值应力，同时也取决于损伤区的应力场，因此Yao等［13］采用“应力场强度”的概念代替传统局部应力--应变方法中的峰值应力对缺口疲劳进行研究.其相对应力梯度和场强函数表述分别为式中，χ为相对应力梯度，Ω为疲劳失效区，如图1和图2所示.此后，Qylafku等［9］通过考虑弹塑性应力分布和应力梯度，提出了一个新的应力场强法来预测缺口件的疲劳寿命并对该方法的有效性进行了验证.尚德广等［14］在先前应力场强法研究的基础上，考虑缺口根部局部应力应变梯度对疲劳损伤的影响，给出了一种随机疲劳寿命预测的局部应力--应变场强方法.陈健等［15］在此基础上，通过改变损伤场定义以及重新定义权函数的表达形式，提出了一个新损伤场的概念.应力场强度方法考虑了疲劳失效机理中涉及的损伤区尺寸的影响，可以解释一些传统应力方法和局部应力--应变方法所不能解释的一些现象.但从本质上讲，场强法思想等同于Neuber的线性假设.许多现代失效预测方法，从Neuber和Peterson方法以来直到最近提出的有限断裂力学准则（fnite fracturemechanics，FFM）［16］，其统一的特性是存在对材料长度范围的依赖性，即所谓“临界距离”.假设围绕“热点应力”一定临界距离或体积内的平均应力水平是控制疲劳行为的有效局部参量，当该平均应力达到临界值时发生疲劳失效，这就是所谓“临界距离理论（theory of critical distance，TCD）”.按计算应力的方法不同，包括点方法（pointm ethod，PM）、线方法（line method，LM）、面方法（area method，AM），都是体积法（volumemethod，VM）的一种简化，临界距离参数a0的确定是应用这种方法的关键，图3给出了“点方法”和“线方法”的表达形式.Taylor经由理论分析给出了PM，LM和AM方法中临界距离的计算［17］.通过临界距离将疲劳极限与应力强度因子门槛值建立联系，在工程应用中具有重要意义［18］.TCD理论可以将裂纹和缺口疲劳问题联系起来，建立具有普遍适用性的疲劳模型.此后，Taylor等［19-21］通过引入缺口几何尺寸（例如缺口半径）或局部应力梯度修正了缺口处的弹性应力值来进行缺口疲劳的研究，首次采用一系列TCD无量纲量对缺口问题进行研究.Susmel［22］对TCD用于预测缺口高周疲劳强度、多轴疲劳载荷下缺口件的疲劳极限以及将TCD方法用于中度循环疲劳问题进行了阐述，给出了该方法预测多轴疲劳载荷下缺口件疲劳极限时需要注意的问题.H¨arkeg˚ard等［23］在其研究中也采用临界距离的概念，得到了较好的结果.在应用TCD理论过程中，如何准确确定临界距离值是该理论正确使用的前提.Atzori等［24］试图从力学性能来估算大部分工程材料中的临界距离.然而通过对大量实验数据的分析，临界距离需要通过使用应力强度因子门槛值和光滑件疲劳极限来计算.Carpinteri等［25］将高周临界面多轴疲劳准则与TCD中的“点方法”相结合，用于缺口件疲劳强度的预测，并对该方法的有效性进行了评价.总之，近年来TCD方法由于其有效性得到了日益广泛的应用.综上，缺口件疲劳特性研究方法如表1所示.实际构件中，很难确定缺口处的真实几何尺寸，例如缺口深度、根部半径，因此需要准确缺口几何信息的方法便无法应用.同时，测量缺口根部应力--应变分布的困难性，促使有必要使用间接分析方法对此问题进行研究，现代计算机技术及有限元方法的迅速发展，使这些问题逐渐得到解决.采用von Mises屈服准则、多线性运动硬化律和单轴循环应力应变曲线描述材料弹塑性特性成为了当前有限元方法中常用的准则.Firat［26］采用有限元方法针对圆形缺口拉扭载荷下的循环变形行为进行了研究.王效贵等［27］基于有限元结果，结合临界面的多轴疲劳损伤准则，提出了一个预测缺口件疲劳启裂寿命的理论分析模型.Morel等［11］在其研究中采用了循环弹塑性材料律的有限元进行了计算.虽然对缺口件疲劳进行了大量的研究，但目前的研究主要针对高周疲劳情况，近来亦展开了针对缺口低周疲劳问题的研究［4，28-29］.局部应力--应变法以其简单性在工程中得到了广泛的应用，但由于该法未考虑到缺口根部附近某一区域内的应力应变梯度和多轴效应，通常会得到偏于安全的预测结果.采用疲劳强度削弱因子来考虑应力--应变梯度的影响并未从实质上改变预测的准确性.应用应力场强度方法时，损伤区尺寸的确定以及如何建立损伤区与微观尺度的关联，仍不明确.总的来说，临界距离理论采用临界距离处的应力而不是“热点应力”，既考虑了局部应力最大值也包括了其作用范围，可将Neuber律、Peterson方法及应力场强度方法进行有效统一.但使用该方法时，为使问题简化，假设真实构件临界距离为材料常数，与载荷类型无关，依据线弹性分析进行计算，对于缺口件高周疲劳的研究，其预测结果较好，但将其用于缺口件低周疲劳的研究较少.计算机技术及数值方法的发展，促进了有限元方法在缺口件疲劳研究中的应用.有限元分析提供了一个求解缺口应力--应变场的手段，大大支持了临界距离理论和场强法思想.相信，通过与有限元方法相结合，临界距离理论必将更加充分地发挥其优越性.【相关文献】1魏安安，纪熙，李艳斌等.带缺口构件疲劳寿命的研究进展.机械工程材料，2011，35（3）：1-4 2张成成，姚卫星.典型缺口件疲劳寿命分析方法.航空动力学报，2013，28（6）：1223-12303夏开全，姚卫星.关于疲劳缺口系数.机械强度，1994，16（4）：19-264 Ostash OP，Panasyuk VV.Fatigue process zone at notches. International Journal of Fatigue，2001，23（7）：627-6365胡本润，刘建中，陈剑峰.疲劳缺口系数Kf与理论应力集中系数Kt之间的关系.材料工程，2007，7：70-736 Fatemi A，Zeng Z，Plaseied A.Fatigue behavior and life prediction of notched specimens made of QT and forged microalloyed steels.International Journal of Fatigue，2004，26（6）：663-6727 Verreman Y，Limodin N.Fatigue notch factor and short crack propagation.Engineering Fracture Mechanics，2008，75（6）：1320-13358 Siebel E，Stieler M.Signifcance of dissimilar stress distributions for cycling loading.VDI Z，1955，97（5）：121-1269 Qylafku G，Azari Z，Kadi N，et al.Application of a new model proposal for fatigue life prediction on notches and key-seats.International Journal of Fatigue，1999，21（8）：753-76010 Qylafku G，Kadi N，Azari Z，et al.Fatigue of specimens subjected to combined loading：role of hydrostatic pressure. International Journal of Fatigue，2001，23（8）：689-70111 Morel F，Morel A，Nadot parison between defects and micro-notches in multiaxial fatigue-the size efect and the gradient efect.International Journal of Fatigue，2009，31（2）：263-27512 Susmel L，Atzori B，Meneghetti G，et al.Notch and mean stress efect in fatigue as phenomena of elasto-plastic inherent multiaxiality.Engineering Fracture Mechanics，2011，78（8）：1628-164313 Yao W X.Stress feld intensity approach for predicting fatigue life.International Journalof Fatigue，1993，15（3）：243-24614尚德广，王大康，李明等.随机疲劳寿命预测的局部应力应变场强法.机械工程学报，2002，38（1）：67-7015陈健，崔海涛，温卫东.基于应力场强法的缺口件疲劳寿命预测方法研究.长春理工大学学报（自然科学版），2010，33（4）：87-9116 Carpinteri A，Cornetti P，Pugno N，et al.A fnite fracture mechanics approach to structures with sharp V-notches. Engineering Fracture Mechanics，2008，75（7）：1736-175217 Taylor D.Geometrical efects in fatigue：a unifying theoretical approach.International Journal of Fatigue，1999，21（5）：413-42018杨新岐，张艳新，霍立兴等.焊接接头疲劳评定局部法研究进展.机械强度，2003，25（6）：675-68119 Taylor D，Bologna P，Bel Knani K.Prediction of fatigue failure location on a component using a critical distance method.International Journal of Fatigue，2000，22（9）：735-74220 Taylor D.The theory of critical distances. Engineering Fracture Mechanics，2008，75（7）：1696-170521 Taylor D.Applications of the theory of critical distances in failure analysis.Engineering Failure Analysis，2011，18（2）：543-54922 Susmel L.The theory of critical distances：a review of its applications infatigue.Engineering Fracture Mechanics，2008，75（7）：1706-172423 H¨arkeg˚ard G，Halleraker G.Assessment of methods for prediction of notch and size efects at the fatigue limit based on test data by B¨ohm and Magin.International Journal of Fatigue，2010，32（10）：1701-170924 Atzori B，Meneghetti G，Susmel L.Material fatigue properties for assessing mechanical components weakened by notches and defects.Fatigue Fracture Engineering Material and Structure，2005，28（1-2）：83-9725 Carpinteri A，Spagnoli A，Vantadori S，et al.A multiaxial criterion for notch high-cycle fatigue using a critical-point method. Engineering Fracture Mechanics，2008，75（7）：1864-187426 Firat M.Cyclic plasticity modeling and fnite element analyzes of a circumferentially notched round bar under combined axial and torsion loadings.Materials and Design，2012，34（2）：842-85227王效贵，高增梁，邱宝象等.16MnR缺口件疲劳启裂寿命的理论分析与试验研究.核动力工程，2010，31（5）：32-3828 Brighenti R，Carpinteri A.A notch multiaxial-fatigue approach based on damage mechanics.International Journal of Fatigue，2012，39：122-13329 Sakane M，Zhang SD，Kim T.Notch efect on multiaxial low cycle fatigue.International Journal of Fatigue，2011，33（8）：959-959。

专利名称：一种蠕变疲劳载荷下缺口部件的缺口效应评价方法专利类型：发明专利
发明人：宫建国,廖康博,郭赛赛,轩福贞
申请号：CN202111305457.X
申请日：20211105
公开号：CN114065576A
公开日：
20220218
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种蠕变疲劳载荷下缺口部件的缺口效应评价方法，包括：S1获取缺口部件的设计工况参数；S2获得材料性能参数；S3计算缺口部件应力应变响应；S4计算蠕变当量应力和应变幅；S5计算缺口部件单个周次的蠕变损伤和疲劳损伤；S6获得蠕变‑疲劳交互作用图；S7计算缺口部件的许用蠕变‑疲劳失效周次Ncf,n；S8计算光滑部件的许用蠕变‑疲劳失效周次Ncf,s；S9比较Ncf,n 和Ncf,s，如果Ncf,ngt;Ncf,s，则为缺口强化效应，如果Ncf,nlt;Ncf,s，则为缺口削弱效应。

本发明的缺口效应评价方法，实现了缺口部件与光滑试样蠕变‑疲劳强度的联合计算分析，可准确评估高温部件的缺口效应问题。

申请人：华东理工大学
地址：200237 上海市徐汇区梅陇路130号
国籍：CN
代理机构：上海智信专利代理有限公司
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Q460C钢缺口板的疲劳裂纹萌生寿命计算模型和总疲劳寿命
计算
王万祯
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2024(38)4
【摘要】基于位错随循环加载次数的增加加速移动、聚合形成疲劳裂纹的试验事实,假设疲劳裂纹萌生速率是循环加载次数的单调递增幂函数,通过积分推导出疲劳
裂纹萌生寿命计算模型。

Q460C钢缺口板的疲劳试验结果显示,疲劳裂纹萌生寿命、扩展寿命和总疲劳寿命均随应力幅和名义最大应力的降低而增加,疲劳裂纹形成寿
命与总疲劳寿命的比值为0.82~0.90。

我国《钢结构设计标准》建议的总疲劳寿命计算式的计算误差为-17.0%~+84.9%。

以椭球面断裂模型作为裂尖开裂判据,对
Q460C钢缺口板的疲劳裂纹扩展进行了理论计算和数值模拟。

以疲劳裂纹萌生处
应变溢出时裂纹长度0.05 mm作为疲劳裂纹萌生临界尺寸,标定的Q460C钢缺口板的疲劳裂纹萌生寿命计算式、扩展寿命计算式和总疲劳寿命计算式的计算误差分别为-15.0%~-1.2%、-12.4%~+2.8%和-12.1%~-1.4%。

【总页数】8页(P192-199)
【作者】王万祯
【作者单位】宁波大学土木工程与地理环境学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU391
【相关文献】
1.具初始裂纹钢桥梁焊接构件疲劳裂纹扩展和疲劳寿命计算
2.16Mn钢锐缺口疲劳裂纹萌生寿命研究
3.10#钢管锐缺口疲劳裂纹萌生寿命试验研究
4.Cr4M04V轴承钢旋转弯曲疲劳寿命及疲劳裂纹萌生机理
5.压弯组合应力下高强钢焊接板表面裂纹疲劳寿命计算
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一种新的多轴高周疲劳寿命预测模型
张成成;姚卫星
【期刊名称】《力学学报》
【年(卷),期】2010(042)006
【摘要】分析和讨论3种典型载荷(单轴拉压、纯扭及90°非比例)情况下的5组损伤控制参数,提出了一种以临界面上最大剪切应力幅和最大法向应力的非线性组合作为损伤控制参数的多轴高周疲劳寿命预测模型,该模型考虑了平均应力对疲劳寿命的影响,比现有的疲劳预测模型具有更宽的金属材料适用范围.两种不同类型材料下的多轴非比例试验的预测结果表明,模型的预测结果与试验符合较好.
【总页数】6页(P1225-1230)
【作者】张成成;姚卫星
【作者单位】飞行器先进设计技术国防重点学科实验室,南京航空航天大学,南京,210016;飞行器先进设计技术国防重点学科实验室,南京航空航天大学,南
京,210016
【正文语种】中文
【中图分类】O346.2;TG111.8
【相关文献】
1.一种新的多轴疲劳寿命预测模型 [J], 乔艳江;赵剑峰;杨尊袍;孙强;李静
2.一种基于临界平面法的多轴疲劳寿命预测模型∗ [J], 周维;刘义伦;李松柏;杨大炼;陶洁
3.一种新的多轴高周疲劳模型 [J], 徐昊;胡明敏;高超干
4.钻井工具多轴高周疲劳寿命预测模型优选 [J], Narayanan Govindarajan
5.一种多轴高周疲劳损伤演化方程的封闭解 [J], 袁群;李浩然
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一种疲劳缺口系数计算新方法
疲劳缺口系数是一种评估工程材料疲劳性能的指标，通常用于预测材料在长期循环载荷下的寿命。

传统的疲劳缺口系数计算方法是利用材料的S-N曲线（应力-寿命曲线）和实际工况下的应力历程进行计算。

然而，这种方法要求大量的实验数据和复杂的计算过程。

一种新的疲劳缺口系数计算方法是基于有限元分析和应力强度因子的模拟。

这种方法首先使用有限元分析模拟材料在实际工况下的应力分布情况，然后利用应力强度因子计算疲劳裂纹的扩展速率。

具体步骤如下：
1. 建立材料的有限元模型，并在模型中引入裂纹；
2. 对实际工况下的载荷进行有限元分析，得到应力分布情况；
3. 根据应力分布情况计算裂纹尖端的应力强度因子；
4. 利用裂纹尖端的应力强度因子和裂纹扩展速率公式计算疲劳裂纹的扩展速率；
5. 根据裂纹的尺寸、应力历程以及疲劳裂纹的扩展速率计算疲劳缺口系数。

这种基于有限元分析和应力强度因子的计算方法可以更准确地考虑材料的应力分布和疲劳裂纹的扩展过程，从而得到更可靠的疲劳缺口系数计算结果。

然而，这种方法需要较强的有限元分析和力学知识，对于工程师来说可能会有一定的难度。

含缺口构件疲劳寿命预测方法
白鹤;王伯健
【期刊名称】《新技术新工艺》
【年(卷),期】2008(000)008
【摘要】概述了含缺口构件疲劳寿命预测方法,重点介绍了名义应力法、局部应力-应变法和应力场强法,总结了这些方法预测含缺口构件疲劳寿命的原理、应用方法、适用范围、优缺点,并介绍了近几年来这些预测方法在国内外的研究现状和进展.【总页数】4页(P31-34)
【作者】白鹤;王伯健
【作者单位】西安建筑科技大学,冶金工程学院,陕西,西安,710055;西安建筑科技大学,冶金工程学院,陕西,西安,710055
【正文语种】中文
【中图分类】TH114
【相关文献】
1.含缺口构件高周疲劳寿命的损伤力学封闭解法 [J], 黄克智;赵军
2.基于应力场强法的缺口构件疲劳寿命预测方法研究 [J], 陈健;崔海涛;温卫东
3.含缺口金属构件的中高周疲劳寿命预测 [J], 熊邵辉;唐雪松
4.多轴变幅载荷下基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法 [J], 陶志强; 张鸣; 朱煜; 成荣; 王磊杰; 李鑫
5.变幅载荷作用下缺口试件的疲劳寿命预测方法 [J], 张伟;胡明敏
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基于应力场强法的缺口构件疲劳寿命预测方法研究-回复题目：基于应力场强法的缺口构件疲劳寿命预测方法研究引言：缺口构件由于其特殊的几何形状和应力分布特点，在使用过程中容易产生疲劳破坏，因此预测缺口构件的疲劳寿命对于确保其安全可靠的运行具有重要意义。

应力场强法是一种常用的疲劳寿命预测方法，本文将围绕基于应力场强法的缺口构件疲劳寿命预测方法展开研究。

一、缺口构件的疲劳破坏机制缺口构件的疲劳破坏主要是由于应力集中和应力梯度带来的局部应力过高，导致材料产生裂纹并逐渐扩展，最终引起疲劳破坏。

因此，准确预测缺口构件的疲劳寿命需要考虑应力分布和应力集中情况。

二、基于应力场强法的原理与步骤1. 应力场强法的基本原理应力场强法是一种基于局部应力集中因子的疲劳寿命预测方法。

通过计算缺口区域的应力集中因子，将其与材料疲劳性能曲线相结合，可以得到缺口构件的疲劳寿命。

2. 应力场强法的步骤（1）几何建模：根据实际情况，对缺口构件进行几何建模，并确定缺口的尺寸和形状。

（2）有限元分析：利用有限元方法，对缺口构件进行应力分析，得到缺口区域的应力分布。

（3）应力集中因子计算：基于应力分布结果，计算缺口区域的应力集中因子，揭示应力集中的程度。

（4）疲劳寿命预测：将应力集中因子与材料疲劳性能曲线相匹配，得到缺口构件的疲劳寿命。

三、基于应力场强法的影响因素1. 缺口尺寸：缺口尺寸的大小直接影响了缺口区域的应力集中情况，较大的缺口尺寸意味着更严重的应力集中，从而导致更短的疲劳寿命。

2. 材料性能：材料的强度、韧性和疲劳性能直接决定了缺口构件的疲劳寿命。

强度高、韧性好的材料能够延缓裂纹扩展，从而提高疲劳寿命。

3. 工作条件：工作条件包括温度、应力幅值、载荷频率等因素，不同工作条件下的缺口构件疲劳寿命存在差异。

四、基于应力场强法的疲劳寿命预测案例分析以一具体缺口构件为例，通过有限元分析计算得到缺口区域的应力分布，并计算出应力集中因子。

结合材料的疲劳性能曲线，预测缺口构件的疲劳寿命。

基于Weibull分布的缺口件多轴疲劳寿命模型及可靠性研究基于Weibull分布的缺口件多轴疲劳寿命模型及可靠性研究疲劳寿命是材料工程和结构工程中一个重要的研究方向。

对于需要长时间使用的零部件来说，疲劳失效可能是其最重要的失效方式之一。

而在复杂多轴载荷下，缺口件也会经受着更高强度的应力和更复杂的载荷历程，因此多轴疲劳的研究变得尤为重要。

Weibull分布是一种常用的概率分布函数，广泛应用于可靠性分析和寿命预测。

在研究多轴疲劳寿命时，我们可以将Weibull分布应用于缺口件的失效寿命分析。

而缺口对材料的疲劳寿命有着显著的影响，因为在缺口处应力集中，进而导致应力水平的增加，加剧了疲劳损伤。

在进行多轴疲劳寿命模型建立时，首先需要对材料进行疲劳试验。

通过在实验中引入不同形状和大小的缺口，可以模拟多种多轴载荷下材料的应力状态。

试验结果表明，多轴载荷下的疲劳寿命相较于单轴载荷会显著减少。

因此，建立能够较好预测缺口件多轴疲劳寿命的模型变得重要。

基于Weibull分布的缺口件多轴疲劳寿命模型可以用数学公式来描述。

首先，我们需要确定Weibull分布的参数，即形状参数和尺度参数。

形状参数反映了分布的偏斜程度，而尺度参数则反映了分布的尺度大小。

通过对多个试样进行疲劳试验，我们可以使用最大似然估计法来估计这两个参数。

模型的核心在于将应力加载条件与Weibull分布相结合。

基于已有多轴疲劳试验数据，我们可以建立应力水平与疲劳寿命之间的关系，以此来推导出适用于缺口件多轴疲劳寿命的Weibull分布参数。

除了建立缺口件多轴疲劳寿命模型，我们还可以利用该模型进行可靠性分析。

可靠性分析可以帮助我们评估零部件在特定设计寿命下的可靠性水平，以及预测其失效概率。

通过对Weibull分布进行概率计算，我们可以得到失效概率随时间变化的曲线，进而进行可靠性评估。

总之，基于Weibull分布的缺口件多轴疲劳寿命模型及可靠性研究是一个重要的研究方向。

估计在多轴加载下领头人的疲劳寿命就像试图解决一个非常困难的工程难题想象一下这个—当小马有压力集中时，像一个小马一样，小马根的紧张会成为真正的头部吸食者，因为多轴加载太疯狂。

这有点像在骑单车时试图解决Rubik的立方体！为了应对这一挑战，工程师们运用了各种聪明的方法。

这些方法考虑诸如 Notch 形状，物质属性，应力水平，负载历史，甚至环境等，给我们一个关于疲劳生活的大画面估计。

这有点像拼图巨大的拼图，每一块代表不同的因素，影响我们的仆人可以保持多久的卡车。

但我们还得考虑这些不同种类的装载组合和混合，比如确保一个食谱中的所有成分一起发挥良好的作用。

估计在多轴加载下，领航员的疲劳寿命有点像解决一个非常棘手的，多维的谜题——当然是工程魔法的喷洒！Onemon估计在不同类型的应力下，一个注尾部分会持续多久的方法是采用线性弹性断裂力学（LEFM）方法。

这种方法基本上研究了鼻孔周围的应力，并使用断裂力学原理来判断裂缝何时可能开始，如何生长。

通过考虑压力强度和材料的坚韧性等因素，我们可以对这部分在多轴加载下能支撑多久进行有教养的猜测。

但它并不是一个完美的方法——有时它能给我们一个过于乐观或过于乐观的估计，因为它不能完全捕捉到在notch周围的所有不同类型的压力。

临界平面方法为估计多轴加载下排位器疲劳寿命提供了另一种方法。

这种办法考虑到不相称的加载和复杂应力，方法是确定预期疲劳损害会累积的关键平面。

通过分析多轴加载历史和材料的疲劳性质，临界平面方法对领航员的疲劳寿命提供了更准确的估计。

将有限元素分析（FEA）和多轴疲劳标准等先进数值方法与实验数据相结合，可以提高疲劳寿命估计的准确性。

对于多轴加载下排位器疲劳寿命的估计，显然需要采取多学科的方法，考虑诺赫几何，物质行为，加载条件的相互作用。

基于Ansys的40Cr钢缺口应力集中疲劳分析周小俐【摘要】介绍了基于有限元分析结果进行疲劳分析的基本理论、思路及方法,运用ANSYS程序对试样进行有限元数值模拟,得到交变应力最大部位,预测了试样疲劳裂纹的疲劳寿命.【期刊名称】《装备制造技术》【年(卷),期】2015(000)007【总页数】3页(P193-194,203)【关键词】有限元;疲劳分析;ANSYS【作者】周小俐【作者单位】湖南信息职业技术学院,长沙410200【正文语种】中文【中图分类】TH171 疲劳分析的基本思路及理论工程实践中常将结构疲劳划分为疲劳裂纹形成阶段和疲劳裂纹扩展阶段。

疲劳分析的最终目的是确定结构件的疲劳寿命[1]。

要计算疲劳寿命必须有精确的载荷谱，材料特性或构件的S-N曲线，合适的累积损伤理论和裂纹扩展理论等。

疲劳裂纹形成寿命估算的主要步骤为[2]：第一，根据载荷和几何结构计算中的应力应变历史计算动态应力应变响应；第二，建立合理的损伤模型；第三，利用该应力应变响应结合材料性能参数和损伤模型计算疲劳寿命。

疲劳裂纹扩展阶段的疲劳寿命估算一般采用断裂力学方法。

其主要步骤为：第一，用无损探伤和无损检测方法确定构件的初始裂纹尺寸a0；第二，确定应力强度因子K及应力强度因子幅值△K；第三，确定特定载荷下裂纹的临界裂纹尺寸ac；第四，利用Paris公式确定裂纹扩展率，即其中，应力强度因子幅值△K＝△K mix-△K min，C和m为实验常数，对大多数金属而言，m=2～4,再计算出临界裂纹尺寸ac，其表达式为这样，从初始裂纹尺寸口扩展到临界裂纹尺寸口所需的循环次数，即疲劳寿命Nf，可通过对裂纹扩展率积分求出，即2 疲劳分析有限元法利用有限元法计算局部应力应变场强参数，无需对缺口进行假设，可用于任何复杂几何形状的缺口件的疲劳损伤分析和寿命预测[3]。

利用ANSYS软件进行疲劳分析，裂纹形成阶段的寿命计算步骤为：（1）完成应力求解，进入后处理器；（2）输入易疲劳破坏部位的节点数、疲劳载荷谱；（3）定义材料疲劳性能参数，包括S-N曲线，必要时定义Sm-T曲线和硬化指数；（4）定义危险部位，指定节点处应力集中系数；（5）存储指定危险点在各载荷下的应力；（6）进行疲劳计算并查看结果，裂纹扩展阶段寿命计算采用断裂力学方法[4]。

专利名称：缺口件疲劳寿命预测方法及预测装置专利类型：发明专利
发明人：成荣,朱煜,陶志强,王磊杰,李鑫,张鸣
申请号：CN202010387699.7
申请日：20200509
公开号：CN111680435A
公开日：
20200918
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开一种缺口件疲劳寿命预测方法及预测装置，涉及多轴疲劳强度理论领域，利用有限元分析软件建立缺口件的有限元模型；对缺口件的有限元模型的网格数进行收敛性分析；通过线弹性理论或者线弹性有限元分析，确定缺口处的虚拟应变历程；确定临界面上的虚拟等效剪切应变幅；使用剪切型Neuber法和材料的循环应力应变关系来确定剪切型虚拟等效应变与真实等效应力关系；通过真实等效应力幅和剪切型Neuber法则来计算真实等效应变幅；通过运用Manson‑Coffin方程来计算缺口件的疲劳寿命。

本方法可以较好的预测多轴载荷下缺口件的疲劳寿命。

申请人：清华大学,北京华卓精科科技股份有限公司
地址：100084 北京市海淀区北京市100084信箱82分箱清华大学专利办公室
国籍：CN
代理机构：北京鸿元知识产权代理有限公司
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含缺口试件疲劳全寿命预测一种建议的方法
高慧;冯淼林;吴长春
【期刊名称】《力学季刊》
【年(卷),期】2006(27)3
【摘要】传统的研究含缺口构件的疲劳的方法是将疲劳启裂和疲劳裂纹扩展两个过程完全独立起来,用不同的方法来模拟,相互间并没有定量的关系。

本文是基于最新发展的多轴疲劳损伤理论,建立了一种适用于各种载荷条件下的疲劳启裂和裂纹扩展的普适方法。

根据从弹塑性分析中得到的应力应变,确定疲劳损伤模型,建立能够预测疲劳启裂、裂纹扩展速率和扩展方向的新方法。

整个模拟可以分为两步:弹-塑性应力分析得到材料的应力应变分布;再运用一个通用的疲劳准则预测疲劳裂纹启裂和裂纹扩展。

通过对1070号钢含缺口试件的疲劳全寿命预测,得到了与实验非常吻合的模拟结果。

【总页数】6页(P421-426)
【关键词】疲劳寿命;裂纹启裂;裂纹扩展;弹塑性有限元
【作者】高慧;冯淼林;吴长春
【作者单位】上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】O346.1
【相关文献】
1.一种考虑尺寸效应的缺口件疲劳寿命预测方法 [J], 奚蔚;姚卫星
2.含缺口构件疲劳寿命预测方法 [J], 白鹤;王伯健
3.缺口疲劳短裂纹扩展规律及疲劳全寿命预测 [J], 郭树铮;王茂廷
4.变幅载荷作用下缺口试件的疲劳寿命预测方法 [J], 张伟;胡明敏
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考虑应力松弛的缺口疲劳寿命预测方法摘要：本文提出了一种基于应力松弛的缺口疲劳寿命预测方法。

首先，引入参数化的应力松弛定义，并检测不同位置的疲劳强度因子(FAT)，然后分析结果并计算疲劳寿命。

结果表明，采用考虑应力松弛的缺口疲劳寿命预测方法能够有效地预测机件实际在应力痕迹下的疲劳寿命，并具有良好的准确度。

关键词：疲劳寿命预测、应力松弛、疲劳强度因子（FAT）正文：1.研究背景：疲劳寿命预测是机械工程学中一个重要课题，其中缺口疲劳寿命预测问题极具挑战性，传统的缺口疲劳寿命预测方法忽略了应力松弛作用。

2. 主要内容：本文提出了一种基于应力松弛的缺口疲劳寿命预测方法。

首先，引入参数化的应力松弛定义，并检测不同位置的疲劳强度因子(FAT)，然后分析结果并计算疲劳寿命。

3. 结论：实验验证表明，采用考虑应力松弛的缺口疲劳寿命预测方法能够有效地预测机件实际在应力痕迹下的疲劳寿命，并具有良好的准确度。

应用这种方法的具体步骤如下：首先，需要对材料的力学性能进行测试，以检测应力松弛参数和疲劳强度因子；其次，根据材料不同位置的应力松弛参数和疲劳强度因子，计算出机件中预处理温度和热处理温度下的关键部位区域的疲劳强度因子；再次，根据计算结果确定该部件在预处理温度和热处理温度下的疲劳实际寿命和保障寿命；最后，可以绘制寿命曲线，以及该部件在不同条件下的疲劳寿命。

因此，采用考虑应力松弛的缺口疲劳寿命预测方法，可以有效地预测机件在应力痕迹下的疲劳寿命，为机械设备的可靠性设计和产品改进提供了有力的技术手段。

除了缺口疲劳寿命的预测，考虑应力松弛的方法也可以应用到其他疲劳问题中。

例如，它可以为延伸腐蚀缺口疲劳计算提供有力的支持，使得我们可以将考虑应力松弛的方法应用到不同尺寸和形状的变形缺口上，以更准确地预测零件的疲劳寿命。

此外，应力松弛也可以用于金属超声检测，通过检测应力松弛曲线可以快速、准确地评价检测部位的失效模式和疲劳寿命。

同时，考虑应力松弛的方法也可以预测螺旋弹簧的疲劳寿命。

纯铜圆棒缺口试件拉压循环下的疲劳寿命分析苏莹;黄世鸿;秦胜欢;陆大敏;熊再银;张克实【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(016)030【摘要】对纯铜光滑试件和缺口试件的疲劳寿命规律差异进行探讨.通过光滑试件和缺口试件的循环疲劳试验和缺口试件的局部循环弹塑性应力应变响应分析,结合数值模拟与实验,比较了现有寿命预测方法对缺口试件寿命预测结果的差异.研究结果表明:传统的等应变幅等寿命的概念对于缺口试件的疲劳评估是不合理的;局部应力应变法用于大缺口试件的寿命预测结果可得到基本合理的结果;但对小缺口试件估测寿命结果不合理;应力梯度法对缺口试件寿命估测结果较局部应力应变法合理,因此可认为应力梯度是影响光滑和缺口试件疲劳寿命差异的重要因素.%The fatigue life differences of the copper smooth and notched round specimens were discussed.The response of the local cyclic elastic plastic strain and stress of the notched specimen was analyzed.The fatigue tests of smooth specimen and notched specimen were carried out.Then the fatigue life predictions with the existing life prediction method of notch samples were compared by numerical simulations and experimental tests.The research shows that: the traditional concept of the same strain amplitude leading to same life for notch samples may be not reasonable;it exists obvious deficiency when we use local stress-strain method for life prediction of notched specimen;whereas the stress gradient method is more reasonable for estimating the fatigue life of notched specimen.It isalso found that the fatigue life prediction obvious batter when it made by the method considering stress gradient.So the conclusion is that the stress gradient near notch root has a great influence on the fatigue life of notched specimen.【总页数】8页(P157-164)【作者】苏莹;黄世鸿;秦胜欢;陆大敏;熊再银;张克实【作者单位】广西大学土木建筑工程学院,南宁 530004;贺州学院建筑工程学院,贺州 542899;广西大学土木建筑工程学院,南宁 530004;广西大学土木建筑工程学院,南宁 530004;广西大学土木建筑工程学院,南宁 530004;广西大学土木建筑工程学院,南宁 530004;广西大学土木建筑工程学院,南宁 530004【正文语种】中文【中图分类】O346.2;TU512.1【相关文献】1.随机振动载荷下缺口件疲劳寿命分析的频域法 [J], 王明珠;姚卫星2.缺口试件在压缩循环载荷下的疲劳行为研究 [J], 陈瑞峰;何宇廷3.拉压循环荷载作用下预裂纹混凝土疲劳性能研究 [J], 郭蒙蒙; 张志彪; 朱茹琳4.变幅载荷作用下缺口试件的疲劳寿命预测方法 [J], 张伟;胡明敏5.LY12CZ铝合金缺口试件在谱载下的疲劳 [J], 伍义生因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

缺口件疲劳寿命预测新方法
金丹;缑之飞
【期刊名称】《航空材料学报》
【年(卷),期】2017(037)002
【摘要】采用有限元方法针对缺口件多轴疲劳实验结果进行模拟.结果表明,相同路径条件下,随着缺口半径减小缺口根部附近的应力梯度显著增加.基于缺口根部应变值,采用等效应变法进行疲劳寿命预测,预测结果随缺口半径的减小而偏于保守.采用应力梯度法确定有效距离,相同路径下,随着缺口半径的减小有效距离减小;依据该有效距离处的等效应变进行疲劳寿命预测,总体预测结果较为分散且偏于不安全.基于实验及有限元模拟结果,提出了基于应变梯度的有效距离确定的新方法,大部分疲劳寿命预测结果位于2倍分散带内.
【总页数】7页(P81-87)
【作者】金丹;缑之飞
【作者单位】沈阳化工大学能源与动力工程学院,沈阳 110142;沈阳化工大学能源与动力工程学院,沈阳 110142
【正文语种】中文
【中图分类】TG155.5
【相关文献】
1.铝合金缺口试样疲劳寿命预测新方法研究 [J], 刘潮涛;王悦东;兆文忠
2.一种考虑尺寸效应的缺口件疲劳寿命预测方法 [J], 奚蔚;姚卫星
3.映射网格在缺口件多轴疲劳寿命预测中的应用 [J], 孙然;金丹;
4.映射网格在缺口件多轴疲劳寿命预测中的应用 [J], 孙然;金丹
5.多轴变幅载荷下基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法 [J], 陶志强; 张鸣; 朱煜; 成荣; 王磊杰; 李鑫
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