典型缺口件疲劳寿命分析方法_张成成 (1)

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疲劳缺口系数 K_f 和随机疲劳寿命估算

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

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。

一种蠕变疲劳载荷下缺口部件的缺口效应评价方法[发明专利]

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

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

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

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

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

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。

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针对Ｌ很多人提出了改ＳＳＡ的这种局限性，
［１］［２］如Ｗ和Ｔ用疲劳缺口进方法，ｅｔｚｅｌ２ｏｅｒ等２ｐｐ
系数Ｋｆ取代理论应力集中系数Ｋｔ来修正Ｎｅｕ－ｂｅｒ法
２（ＫｆＳｎ）＝ＣＥ
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收稿日期：２０１２０３０１－－
：／／／／／＿网络出版地址：ｈｔｔｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔｋｃｍｓｄｅｔａｉｌ１１．２２９７．Ｖ．２０１３０６１７．０９４０．２０１３０６．１２２３００１．ｈｔｍｌｐ）基金项目：上海市 “ 引进技术消化与吸收 ” 专项资金（１２ＸＩ０４－，作者简介：张成成（男，江苏淮安人，工程师，博士，主要从事商用航空发动机材料循环本构和结构抗疲劳设计等领域研究．１９８２－）
DOI:10.13224/ki.jasp.2013.06.017
航空动力学报第２８卷第６期Ｖｏｌ．２８Ｎｏ．６２０１３年６月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｅｒｏｓａｃｅＰｏｗｅｒＪｕｎ．２０１ｒｏｆＲｅｓｅａｒｃｈｆｏｒＡｅｒｏＥｎｉｎｅＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＩｎｔｅｒｉｔ－ｇｇｙ，ＣｏｍｍｅｒｃｉａｌＡｉｒｃｒａｆｔＥｎｉｎｅＣｏｍａｎＬｉｍｉｔｅｄｇｐｙ，Ｓ；ＡｖｉａｔｉｏｎＩｎｄｕｓｔｒＣｏｒｏｒａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａｈａｎｈａｉ２００２４０，Ｃｈｉｎａｙｐｇ，２．ＣｏｌｌｅｅｏｆＡｅｒｏｓａｃｅＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇｐｇｇ，Ｎ）ＮａｎｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｉｎ２１００１６，Ｃｈｉｎａｊｇｙｊｇ：ＳＡｂｓｔｒａｃｔｏｍｅｃｏｍｍｏｎｌｕｓｅｄｆａｔｉｕｅｌｉｆｅａｎａｌｓｉｓａｒｏａｃｈｅｓｆｏｒｎｏｔｃｈｅｄｃｏｍｏｎｅｎｔｓｙｇｙｐｐｐ，ｗｅｒｅｓｓｔｅｍｉｃａｌｌｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｓｃｒｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｎｏｔｃｈｅｆｆｅｃｔｔｈｅｆａ－ｙｙｇｐ，ｔｉｕｅｌｉｆｅａｎａｌｓｉｓａｒｏａｃｈｅｓｆｏｒｎｏｔｃｈｅｄｃｏｍｏｎｅｎｔｗｅｒｅｃｌａｓｓｉｆｉｅｄｉｎｔｏｔｈｒｅｅｃａｔｅｏｒｉｅｓｇｙｐｐｐｇ，，ｓｎａｍｅｌｌｏｃａｌｓｔｒｅｓｓｓｔｒａｉｎａｒｏａｃｈｅｓｔｒｅｓｓａｒｏａｃｈｅｓａｎｄｃｒｉｔｉｃａｌｚｏｎｅａｒｏａｒａｄｉｅｎｔ－－ｙｐｐｐｐｐｐｇｃｈｅｓ．Ｔｈｅｃａａｂｉｌｉｔｏｆｅａｃｈａｒｏａｃｈｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄａｎｄｅｘｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｃｈｅｃｋｅｄｂｆｏｕｒｐｙｐｐｐｙｙ（）ｒｏｕｓｏｆＬＣＦｌｏｗｃｃｌｅｆａｔｉｕｅｔｅｓｔｄａｔａｏｆＬＹ１２ＣＺａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｎｏｔｃｈｇｐｙｇｙｅｏｍｅｔｒ．Ｉｔｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｗｉｔｈｒｅａｒｄｔｏｓｔｒｅｓｓａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｒｅｄｉｃｔｉｏｎｓｒａｄｉｅｎｔｇｙｐｇｇ（）ｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄｅ．ｇ．ｃｒｉｔｉｃａｌｚｏｎｅａｒｏａｃｈａｎｄｓｔｒｅｓｓｒａｄｉｅｎｔａｒｏａｃｈｓｈｏｗａｏｏｄａｒｅｅ－ｐｐｇｐｐｇｇｍｅｎｔｗｉｔｈｔｅｓｔｄａｔａａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄｉｎｔｅｎｓｉｔａｒｏａｃｈｃａｎｒｅｄｉｃｔｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｆａｉｌ－ｙｐｐｐ，ｏｏｒｕｒｅｌｏｃａｔｉｏｎｗｈｉｌｅｔｈｅｌｏｃａｌｓｔｒｅｓｓｓｔｒａｉｎａｒｏａｃｈｓｈｏｗｅｓｆｉｔｎｅｓｓａｎｄｌｏｗａｃｃｕｒａｃ．－ｐｐｐｙ：ｓ；ｎ；ｓ；ｓ；Ｋｅｗｏｒｄｓｔｒｅｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｔｃｈｅｆｆｅｃｔｔｒｅｓｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｒａｄｉｅｎｔｇｙｆａｔｉｕｅｌｉｆｅｇ工程构件的疲劳失效通常发生在众所周知，孔洞等不连续特征所导致的应力集中部位，缺口、
图２缺口附近的应力分布与裂纹萌生Ｆｉ．２Ｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｔａｎｏｔｃｈａｎｄｃｒａｃｋｇｆｒｏｍｔｈｅｎｏｔｃｈｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ
图１局部应力应变法的基本假设Ｆｉ．１ＢａｓｉｃａｓｓｕｍｔｉｏｎｏｆＬＳＳＡｇｐ
（）１
式中σ Ｅ为ｔ和ε ｔ为缺口根部的局部应力和应变；弹性模量；由于Ｋｆ＜Ｋｔ，所以Ｃ为Ｎｅｕｂｅｒ常数．）求出的局部应力应变值小于缺口根部真实式（１的局部应力应变值，使得疲劳寿命的分析结果接但是Ｋｆ的计算本身依靠经验公式，近试验结果．导致了ＬＳＳＡ对于中高周疲劳寿命分析精度偏低．循着Ｗ出现了大ｅｔｚｅｌ和Ｔｏｅｒ等人的思路，ｐｐ量的改进算法，如文献［研究了式（的解２３２４］１）－法；文献［提出了不同载荷边界下的近１１，２５２７］－］文献［研究了不同材料循环本似分析方法；２８３０－构关系下的近似方法等等．
Ｔｉｃａｌｆａｔｉｕｅｌｉｆｅａｎａｌｓｉｓａｒｏａｃｈｅｓｆｏｒｎｏｔｃｈｅｄｃｏｍｏｎｅｎｔｓｙｐｇｙｐｐｐ
１２ＺＨＡＮＧＣｈｅｎｃｈｅｎＷｅｉｘｉｎ－－ｇｇ，ＹＡＯｇ
趋于光滑件的疲劳性能
并形成了很多疲劳寿命分析方法．方法给予解释，本文按照对疲劳缺口效应的解释不同及相应的描述参数，将缺口件疲劳寿命分析方法分为３大类：局部应力应变法、应力梯度法以及临界域法．
１局部应力应变法
局部应力应变法（ｌｏｃａｌｓｔｒｅｓｓｓｔｒａｉｎａ－－ｐ［１］的基本假设是：若缺口件危险部ｒｏａｃｈ，ＬＳＳＡ）ｐ位受到的局部应力应变历程与作用在相同材料的光滑件上的应力应变历程相同，则它们的疲劳寿）命相同（见图１．
［］５，７８－
先在数个晶粒尺寸范围内在剪切应力幅的作用下成核，即疲劳源的形成需要危险点周围晶粒的参与．而ＬＳＳＡ的基本思想是缺口根部疲劳危险点处的应力应变是决定缺口件疲劳寿命的控制参这一基本思想在缺口根部进入大范围屈服时数，但是在中长寿命区这一思想是比较符合事实的，与事实相差甚远，见图２．
摘要：通过对典型缺口件疲劳寿命分析方法进行系统的回顾，按照疲劳缺口效应描述参数的不同将缺口件疲劳分析方法划分为３类：局部应力应变法、应力梯度法和临界域法．结合４种不同缺口几何下的对上述３类方法进行的验证对比可以发现：考虑了应力梯度和ＬＹ１２ＣＺ铝合金缺口件的低周疲劳试验数据，如临界域法和应力梯度法）对缺口件疲劳寿命的预测结果与试验结果吻合较好而局部应应力场分布的方法（其中应力场强法还能够正确地预测疲劳破坏位置．力应变法预测精度较差，关键词：应力集中；缺口效应；应力梯度；应力分布；疲劳寿命中图分类号：Ｖ２５０．３；Ｏ３４６．２文献标志码：Ａ