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基于模糊理论的疲劳损伤累积模型研究

陈国军

  材料或构件发生疲劳破坏,主要是因为其在循环载荷作用下产生不可逆损伤,并由于损伤的不断累积而最终导致失效或破坏。因此,分析产生疲劳破坏的原因,研究和解决材料的疲劳损伤等问题,以建立合理的损伤累积模型具有重要的意义。 针对疲劳损伤累积的主要特征,分析了加载顺序和材料疲劳极限衰减等两种主要因素对损伤累积的影响。对不同应力水平下对数疲劳寿命不满足正态线性Gauss-Markov假设的情况,应用Box-Cox变量变换拟合法来解决三参数P-S-N曲线拟合问题。基于模糊数学理论阐述了模糊疲劳损伤理论,并在Miner法则的基础上,结合模糊理论推导了沙堆疲劳损伤累积模型SPFDCM。在SPFDCM基础上,进一步探讨了非均匀沙堆疲劳损伤累积模型HSPFDCM。 主要研究结论如下: (1)加载顺序和材料疲劳极限衰减均会对疲劳损伤累积产生影响:低-高加载顺序下,低应力要对材料产生强化效应,延缓损伤发展;高-低加载顺序下,高应力会削弱裂纹闭合效应而增加裂纹扩展,低应力会在已形成扩展裂纹的阶段促进损伤发展。 (2)四种材料的验证分析表明:利用Box-Cox变量变换拟合法估计三参数P-S-N曲线比利用最小二乘法的拟合效果更好,拟合的相对误差仅为最小二乘法拟合的1/4-1/2,使变换后模型的残差达到最小,提高了原始数据的拟合精度。 (3)结合疲劳分析中的模糊现象阐述了模糊疲劳损伤理论及其应用可行性。 (4)提出了反映加载顺序对损伤累积影响的伴随损伤概念,以均匀损伤为前提讨论的SPFDCM将疲劳损伤的累积过程化为损伤沙堆的堆积过程,数据验证表明该模型预测材料疲劳寿命的误差较小。 (5)阐述了模糊等效损伤概念,基于非均匀损伤探讨的HSPFDCM能良好的反映加载顺序和材料疲劳极限衰减对疲劳损伤累积的共同影响,结果表明该模型比SPFDCM更优越,估算结果更接近于试验值。……   
[关键词]:疲劳寿命预测;P-S-N曲线;模糊理论;损伤累积;伴随损伤
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:广西大学2011年