【摘 要】
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金属结构的损伤分析和疲劳寿命预测是工程界研究的重要课题。金属结构的疲劳失效主要由两部分组成:疲劳裂纹形成期和裂纹扩展期。Paris方程能预测裂纹扩展期的疲劳寿命,但裂纹
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金属结构的损伤分析和疲劳寿命预测是工程界研究的重要课题。金属结构的疲劳失效主要由两部分组成:疲劳裂纹形成期和裂纹扩展期。Paris方程能预测裂纹扩展期的疲劳寿命,但裂纹形成期的寿命无法用其进行计算。 本文旨在建立一个基于连续损伤力学理论的疲劳损伤分析模型,应用该模型分析金属结构的损伤,不仅能预测疲劳裂纹扩展期的寿命,还能预测裂纹形成期的寿命,解决工程中的实际问题。 理论知识和实践调研相结合,配合试验数据的研究方法。 通过实践调研,了解工程实际需要,获得基本数据;本文简要回顾了过去几十年该研究领域国内外的研究工作和成果,包括理论方面的研究和创新,以及各种试验方法和手段;扼要阐述了连续损伤力学理论的基本知识框架和理论体系。结合实验,对疲劳失效的原理进行剖析,详细论述疲劳失效的全过程,即微裂纹的萌生和增长,宏裂纹的形成和稳定扩展,最后失稳扩展导致疲劳断裂。对金属结构进行载荷分析和应力计算,分析疲劳裂纹的出现位置。 定义了一个新的损伤变量,并推导了损伤累积模型和寿命计算模型,模型表达式简洁,物理含义明确,能很好体现金属结构疲劳损伤的全过程。 简要介绍了经典的疲劳累积损伤理论和几个典型的损伤变量定义式。结合金属结构的特点,运用连续损伤力学理论,用结构的有效承载面积定义一个新的损伤变量,推导了疲劳累积损伤计算模型和疲劳寿命计算模型,在此基础上得出了疲劳累积损伤计算方程和相对应的疲劳寿命计算方程。在直角坐标系中绘制关系曲线,运用该模型分析了金属结构的损伤情况,预测疲劳寿命。 结合具体实验数据,用损伤计算方程和疲劳计算方程计算结构的损伤程度和剩余寿命,获得了满意的损伤值和疲劳寿命值。和实验数据进行比较,结果误差在允许范围内,说明文中提出的模型和计算方程是可行的,能够解决实际工程问题,实现了研究的最初设想和目的。并分析了研究成果的不足,展望了金属结构的累积损伤分析和疲劳寿命预测领域将来的发展前景。
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