發(fā)布時(shí)間：2018-05-13 05:38

  本文選題：多軸疲勞 + 疲勞累積損傷　； 參考：《南京航空航天大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：工程結(jié)構(gòu)在服役期間通常受到多軸疲勞載荷的作用。疲勞累積損傷理論研究變幅載荷作用下疲勞損傷的累積規(guī)律,缺口件疲勞壽命預(yù)測(cè)方法研究缺口附近應(yīng)力梯度對(duì)疲勞壽命的影響,它們對(duì)于工程結(jié)構(gòu)的多軸疲勞壽命預(yù)測(cè)至關(guān)重要。本文按照載荷隨機(jī)性,將多軸累積損傷理論研究中已有的多軸變幅載荷分為階梯譜、塊譜和隨機(jī)譜。然后,按照損傷累積方式和對(duì)多軸疲勞損傷方向性的認(rèn)識(shí),將已有的多軸疲勞累積損傷理論分為四類:(a)不分方向的線性累積模型;(b)不分方向的非線性累積模型;(c)分方向的線性累積模型;(d)分方向的非線性累積模型。通過統(tǒng)計(jì)對(duì)比各模型的應(yīng)用情況,對(duì)它們的適用范圍、計(jì)算效果進(jìn)行了初步分析。本文使用LY12CZ鋁合金進(jìn)行了一系列多軸兩級(jí)階梯譜試驗(yàn)。通過分析試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),載荷速率的變化與材料臨界面上的多軸應(yīng)力狀態(tài)變化情況有關(guān)。本文提出了一種新的累積損傷模型用來描述多軸階梯譜下的疲勞損傷累積規(guī)律。新模型的累積損傷計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相比,準(zhǔn)確率較高。本文使用LY12CZ鋁合金進(jìn)行了一系列多軸塊譜、隨機(jī)譜試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,雖然載荷幅值和載荷路徑的變化對(duì)損傷累積速率有影響,但是這種影響隨著載荷隨機(jī)性的增加而減弱。最終,Miner理論可以較好地描述多軸塊譜和隨機(jī)譜下的損傷累積規(guī)律。因此,對(duì)于工程結(jié)構(gòu),使用Miner理論計(jì)算多軸疲勞累積損傷是合理可行的。本文研究了薄壁圓管試件截面剪應(yīng)力梯度對(duì)疲勞壽命的影響。然后,進(jìn)一步通過考慮多軸疲勞損傷方向性和臨界面上的應(yīng)力梯度效應(yīng),對(duì)單軸缺口件疲勞研究中常用的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)法進(jìn)行了改進(jìn)。之后,本文使用LY12CZ鋁合金進(jìn)行了一系列多軸缺口件疲勞試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,本文提出的改進(jìn)模型有較好的壽命預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率。最后,本文結(jié)合上述多軸疲勞累積損傷理論和缺口件多軸疲勞壽命預(yù)測(cè)方法研究,給出了工程結(jié)構(gòu)的多軸疲勞壽命分析流程,并依據(jù)分析流程對(duì)某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)輪盤、某型飛機(jī)起落架部件和新舟60某改型飛機(jī)機(jī)翼吊掛接頭進(jìn)行了疲勞壽命分析。分析結(jié)果表明,本文提出的多軸疲勞累積損傷理論和缺口件多軸疲勞壽命預(yù)測(cè)方法對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)的疲勞壽命預(yù)測(cè)結(jié)果均令人滿意。
[Abstract]:Engineering structures are usually subjected to multiaxial fatigue loads during service. Fatigue cumulative damage theory is used to study the cumulative law of fatigue damage under variable amplitude loading. The prediction method of fatigue life of notched parts is used to study the effect of stress gradient near notch on fatigue life. They are very important to predict the multiaxial fatigue life of engineering structures. In this paper, according to the randomness of loads, the multiaxial variable amplitude loads in the study of multiaxial cumulative damage theory are divided into stepped spectrum, block spectrum and random spectrum. Then, according to the damage accumulation mode and the recognition of the direction of multiaxial fatigue damage, The existing multiaxial fatigue cumulative damage theory is divided into four kinds of linear accumulative models without any direction. Through statistical comparison of the application of each model, the scope of their application and calculation results are preliminarily analyzed. In this paper, a series of multi-axis two-step spectrum tests have been carried out using LY12CZ aluminum alloy. It is found that the change of loading rate is related to the change of multiaxial stress state at the interface of the material. In this paper, a new cumulative damage model is proposed to describe the fatigue damage accumulation law under multiaxial step spectrum. Compared with the experimental results, the accuracy of the new model is higher. In this paper, a series of multiaxial block spectra and random spectrum tests have been carried out using LY12CZ aluminum alloy. The experimental results show that the damage accumulation rate is affected by the change of load amplitude and load path, but the effect is weakened with the increase of load randomness. Finally, the Miner theory can well describe the damage accumulation law of multiaxial block spectrum and random spectrum. Therefore, for engineering structures, it is reasonable and feasible to use Miner theory to calculate multiaxial fatigue cumulative damage. In this paper, the influence of shear stress gradient on fatigue life of thin wall tube specimen is studied. Then, by considering the direction of multiaxial fatigue damage and the stress gradient effect at the interface, the stress field strength method, which is commonly used in the fatigue research of uniaxial notched parts, is improved. After that, a series of fatigue tests of multiaxial notched parts were carried out using LY12CZ aluminum alloy. The experimental results show that the proposed improved model has a better accuracy of life prediction. Finally, combined with the theory of multiaxial fatigue cumulative damage and the multiaxial fatigue life prediction method of notched parts, the multiaxial fatigue life analysis flow of engineering structure is presented, and the wheel disc of a certain aero-engine is analyzed according to the analysis flow. The fatigue life of landing gear parts of a certain aircraft and wing hangers of a modified aircraft Xinzhou 60 are analyzed. The results show that the multiaxial fatigue cumulative damage theory and the multiaxial fatigue life prediction method proposed in this paper are satisfactory for the prediction of fatigue life of real structures.
【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】：2016
【分類號(hào)】：O346

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本文編號(hào)：1881910