發(fā)布時(shí)間：2020-06-17 04:33

【摘要】： 疲勞破壞是機(jī)械構(gòu)件失效的主要形式。隨著現(xiàn)代機(jī)械向高溫、高速和大型化方向發(fā)展,許多構(gòu)件在復(fù)雜、惡劣的工作環(huán)境下運(yùn)行,不確定性因素大大增加,疲勞破壞事故更是層出不窮。因此,深入研究機(jī)械構(gòu)件的疲勞破壞機(jī)理和疲勞壽命預(yù)測(cè)方法,對(duì)加快我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)有著十分重要的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。本文在目前已有的確定性疲勞壽命預(yù)測(cè)方法和常規(guī)可靠性設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,結(jié)合概率論、模糊數(shù)學(xué)和灰色系統(tǒng)理論,系統(tǒng)研究了三種不確定性方法在疲勞壽命預(yù)測(cè)及疲勞可靠性設(shè)計(jì)上的應(yīng)用,主要開展了以下幾個(gè)方面的研究工作: 分析了疲勞壽命預(yù)測(cè)中存在的大量模糊現(xiàn)象,探討了“精確性”與“模糊性”的對(duì)立和統(tǒng)一以及“隨機(jī)性”與“模糊性”這兩種不確定性的區(qū)別和聯(lián)系。針對(duì)工程中不同情況下構(gòu)件的疲勞壽命預(yù)測(cè),首次提出了“應(yīng)力模糊帶”的概念及其兩種擴(kuò)展方式,系統(tǒng)闡述了應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)將疲勞壽命預(yù)測(cè)中的模糊性進(jìn)行定量描述的方法。算例分析的結(jié)果表明,此方法較忽略模糊性的傳統(tǒng)方法更加準(zhǔn)確、合理。 針對(duì)傳統(tǒng)Miner線性疲勞累積損傷理論無法考慮載荷加載順序?qū)?gòu)件疲勞壽命影響的缺陷,研究了不同載荷順序下疲勞損傷存在的模糊性,提出了“疲勞損傷門檻值”和“疲勞極限擴(kuò)展值”的概念,并首次應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)方法對(duì)不同載荷順序下的疲勞損傷“模糊區(qū)域”進(jìn)行了定量描述。為進(jìn)一步考察載荷加載順序?qū)?gòu)件疲勞壽命的影響,以材料為6005AT6鋁合金的某緊固孔模擬件為試驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行了疲勞試驗(yàn),應(yīng)用試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行算例分析的結(jié)果表明,本文所提出的方法能夠較好地反映載荷順序?qū)ζ趬勖挠绊?預(yù)測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確、合理。另外,通過具體算例系統(tǒng)分析了選擇不同的隸屬函數(shù)及函數(shù)參數(shù)對(duì)疲勞壽命預(yù)測(cè)誤差的影響,總結(jié)了隸屬函數(shù)選取與函數(shù)參數(shù)設(shè)定的規(guī)律,得出了若干有意義的結(jié)論,可以有效指導(dǎo)工程實(shí)踐。 闡述了結(jié)構(gòu)元件的無限壽命疲勞可靠性設(shè)計(jì)和有限壽命疲勞可靠性設(shè)計(jì),針對(duì)多級(jí)載荷作用下元件的有限壽命疲勞可靠性設(shè)計(jì)這一焦點(diǎn)問題,在已有疲勞可靠性分析模型的基礎(chǔ)上,從疲勞破壞的客觀規(guī)律出發(fā),提出了基于線性疲勞累積損傷理論的“累積損傷-臨界壽命”動(dòng)態(tài)干涉模型,通過理論分析和大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明了模型分析的正確性和合理性,并推導(dǎo)了相應(yīng)的可靠度計(jì)算公式,為模糊疲勞可靠性設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。 分析了應(yīng)力和強(qiáng)度的模糊性及處理方法,系統(tǒng)闡述了結(jié)構(gòu)元件的無限壽命模糊可靠性設(shè)計(jì)和有限壽命模糊可靠性設(shè)計(jì)。在有限壽命模糊可靠性設(shè)計(jì)中,基于本文提出的“累積損傷-臨界壽命”動(dòng)態(tài)干涉模型,把疲勞破壞條件視為一模糊事件,認(rèn)為元件從安全狀態(tài)到失效狀態(tài)不是以突變形式完成的,而是存在一個(gè)漸進(jìn)過渡階段,首次應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)方法對(duì)常規(guī)疲勞可靠性設(shè)計(jì)所無法處理的模型性不確定性問題進(jìn)行了定量描述,并推導(dǎo)了相應(yīng)的可靠度計(jì)算公式。算例分析的結(jié)果表明,此方法的預(yù)測(cè)結(jié)果更加符合試驗(yàn)數(shù)據(jù),同時(shí)也說明了此方法在工程上具有更廣泛的適應(yīng)性和靈活性。 針對(duì)疲勞現(xiàn)象的復(fù)雜性,研究了灰色系統(tǒng)理論在疲勞壽命預(yù)測(cè)中的應(yīng)用,將疲勞現(xiàn)象視為存在于一個(gè)灰色系統(tǒng)中,提出了運(yùn)用灰色系統(tǒng)理論,通過建立灰色系統(tǒng)GM(1,1)模型預(yù)測(cè)構(gòu)件疲勞壽命的新方法,算例分析的結(jié)果表明這一方法具有較好的預(yù)測(cè)精度和工程實(shí)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TH114;TB114
【圖文】：

疲勞壽命預(yù)測(cè)方法勞壽命的定義為：發(fā)生疲勞破壞以前所經(jīng)歷的應(yīng)力或應(yīng)變的循環(huán)次數(shù)，或從開斷裂所經(jīng)過的時(shí)間[12]。疲勞壽命的預(yù)測(cè)方法可以分為確定性方法和不確定性方 確定性疲勞壽命預(yù)測(cè)方法定性疲勞壽命預(yù)測(cè)方法是對(duì)零部件進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測(cè)的理論依據(jù)，是后來逐漸確定性疲勞壽命預(yù)測(cè)方法的應(yīng)用基礎(chǔ)，主要包括名義應(yīng)力法、局部應(yīng)力應(yīng)變法[2-4]。. 名義應(yīng)力法義應(yīng)力法是最早形成的疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，它以材料或零部件的S N曲線為樣或結(jié)構(gòu)疲勞危險(xiǎn)部位的應(yīng)力集中系數(shù)和名義應(yīng)力，結(jié)合疲勞累積損傷理論，或校核疲勞強(qiáng)度。義應(yīng)力法的基本假設(shè)是[4]：對(duì)相同材料制成的任意兩個(gè)構(gòu)件，只要應(yīng)力集中系數(shù)相同，則它們的疲勞壽命相同。用名義應(yīng)力法預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)疲勞壽命的步驟如圖 1.

2. 局部應(yīng)力應(yīng)變法局部應(yīng)力應(yīng)變法結(jié)合材料的循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變曲線，通過彈塑性有限元分析或其他計(jì)算方法，將構(gòu)件上的名義應(yīng)力譜轉(zhuǎn)換成危險(xiǎn)部位的局部應(yīng)力應(yīng)變譜，然后根據(jù)危險(xiǎn)部位的局部應(yīng)力應(yīng)變歷程估算壽命。局部應(yīng)力應(yīng)變法在疲勞壽命估算中考慮了塑性應(yīng)變的影響和載荷順序的影響，因而用它預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的疲勞裂紋形成壽命通�？梢垣@得比較符合實(shí)際的結(jié)果。局部應(yīng)力應(yīng)變法的基本假設(shè)是：若同種材料制成的構(gòu)件其危險(xiǎn)部位的最大應(yīng)力應(yīng)變歷程與一個(gè)光滑試件的應(yīng)力應(yīng)變歷程相同，則它們的疲勞壽命相同。用局部應(yīng)力應(yīng)變法預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)疲勞壽命的步驟如圖 1.2 所示[4]。士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 2011年 第04期 工程科技Ⅱ輯 C

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 呂海霆;;機(jī)械零件疲勞壽命問題研究[J];制造業(yè)自動(dòng)化;2011年23期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 朱順鵬;高溫復(fù)雜結(jié)構(gòu)的混合概率故障物理建模與疲勞壽命預(yù)測(cè)[D];電子科技大學(xué);2012年

2 趙富強(qiáng);商用車變速器疲勞實(shí)驗(yàn)特征辨識(shí)與壽命預(yù)測(cè)[D];太原理工大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 王宏;起落架結(jié)構(gòu)可靠性分析與鎖機(jī)構(gòu)可靠性試驗(yàn)[D];南京航空航天大學(xué);2010年

2 李忠煥;船體板材成型液壓機(jī)的可靠性設(shè)計(jì)研究[D];天津大學(xué);2012年

3 劉建雄;改進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在疲勞短裂紋演化行為中的應(yīng)用[D];大連理工大學(xué);2012年

4 王東強(qiáng);基于模糊損傷的履帶起重機(jī)臂架疲勞壽命評(píng)估[D];大連理工大學(xué);2012年

5 何燕平;CRTSⅢ型板式無砟軌道疲勞特性研究[D];西南交通大學(xué);2011年

6 王振雨;載荷譜編制中極值載荷確定方法及應(yīng)用[D];吉林大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2717082