疲勞累積損傷理論

1、4-2第4章疲勞累積損傷理論4.1 疲勞損傷9南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)姚衛(wèi)星姚衛(wèi)星©©4-3第4章疲勞累積損傷理論4.1.1 微觀或物理從微觀的或物理的角度定義的疲勞損傷是指這種損傷是可以通過(guò)某種方法直接測(cè)量得到的，常用的損傷變量有：南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)姚衛(wèi)星姚衛(wèi)星©©4-4第4章疲勞累積損傷理論位錯(cuò)南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)姚衛(wèi)星姚衛(wèi)星©©4-5第4章疲勞累積損傷理論位錯(cuò)南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)姚衛(wèi)星姚衛(wèi)星©©4-6第4章疲勞累積損傷理論空洞南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)姚衛(wèi)星

2、姚衛(wèi)星©©4-7第4章疲勞累積損傷理論微裂紋南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)姚衛(wèi)星姚衛(wèi)星©©4-8第4章疲勞累積損傷理論4.1.2 宏觀或唯象從宏觀的或唯象的角度定義的疲勞損傷是指這種損傷是可以通過(guò)某種方法間接測(cè)量得到的，常用的損傷變量有：¾¾¾¾電阻抗¾聲發(fā)射(Acoustic Emission)¾阻尼系數(shù)南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)姚衛(wèi)星姚衛(wèi)星©©4-9第4章疲勞累積損傷理論Miner損傷Miner損傷定義為：D=n/N南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)姚衛(wèi)星姚衛(wèi)星&#

3、169;©4-10 第4章 疲勞累積損傷理論 剩余強(qiáng)度 用剩余強(qiáng)度R(n) 定義損傷的最直接的公式為： D = 1 45#鋼的剩余強(qiáng)度退化試驗(yàn)及擬合結(jié)果 1000 900 剩余強(qiáng)度R (n ) 剩余強(qiáng)度R (n ) 1000 900 800 700 600 500 400 300 b R ( n) b S max 800 700 600 500 400 300 0 0.2 0.4 循環(huán)比n/N c =4.108 c =3.902 (7)式 實(shí)驗(yàn)值 0.6 0.8 1 (7)式 實(shí)驗(yàn)值 0 0.2 0.4 循環(huán)比n/N 0.6 0.8 1 n R( n ) = R(0) R(0) S

4、N 南京航空航天大學(xué) 姚衛(wèi)星© 南京航空航天大學(xué) 姚衛(wèi)星© c 4-11第4章疲勞累積損傷理論剩余剛度用剩余剛度E(n)定義損傷的最直接的公式為：E(n)D=1E(0)aEE0(%)n/NfFRP纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)姚衛(wèi)星姚衛(wèi)星©©4-12第4章疲勞累積損傷理論循環(huán)耗散能循環(huán)耗散能是指每次加載循環(huán)造成的塑性能，其值為滯后環(huán)的面積，以此定義疲勞損傷的經(jīng)典表達(dá)式為：W(n)D=1Wf南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)姚衛(wèi)星姚衛(wèi)星©©4-13 第4章 疲勞累積損傷理論 4.2 疲勞累積損傷理論 疲勞累積損傷理

5、論必須定量地回答下述三個(gè)問(wèn)題： 一個(gè)載荷循環(huán)對(duì)材料或結(jié)構(gòu)造成的損傷是多 少？ 多個(gè)載荷循環(huán)時(shí)，損傷是如何累加的？ 失效時(shí)的臨界損傷是多少？ 損傷定義 等損傷 變損傷 損傷累積 線性 非線性 可以按照不同的方式對(duì)疲勞損傷累積的理論進(jìn)行分類： 損傷類型 宏觀 微觀 南京航空航天大學(xué) 姚衛(wèi)星© 南京航空航天大學(xué) 姚衛(wèi)星© 臨界損傷 1 1 4-14第4章疲勞累積損傷理論4.2 疲勞累積損傷理論疲勞累積損傷理論共用16類，但實(shí)踐上主要用下面幾類：按照疲勞損傷累積的規(guī)律，目前所提出的疲勞累積損傷理論可歸納為以下三類：線性疲勞累積損傷理論修正的線性疲勞累積損傷理論非線性疲勞累積損傷理論

6、。南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)姚衛(wèi)星姚衛(wèi)星©©4-15第4章疲勞累積損傷理論4.3 線性疲勞累積損傷理論線性疲勞累積損傷理論認(rèn)為載荷順序?qū)鄯e損傷沒(méi)有影響，損傷可以線性地累加。線性損傷累積理論中典型的是Palmgren-Miner理論，簡(jiǎn)稱Miner理論，它對(duì)于三個(gè)問(wèn)題的回答如下：9一個(gè)循環(huán)造成的損傷：D1/N9n個(gè)循環(huán)造成的損傷：等幅加載D=nNn1變幅加載D=i=1Ni9臨界疲勞損傷DCR：DCR=1南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)姚衛(wèi)星姚衛(wèi)星©©4-16第4章疲勞累積損傷理論4.3 線性疲勞累積損傷理論評(píng)述：1. 等損傷，不管材料當(dāng)前的損傷狀態(tài)

7、如何，相同載荷產(chǎn)生相同的損傷；2. 載荷順序沒(méi)有影響；3. 隨機(jī)譜下E(D)=1。南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)姚衛(wèi)星姚衛(wèi)星©©4-17第4章疲勞累積損傷理論4.3 線性疲勞累積損傷理論程序塊譜作用下Miner損傷的均值比較接近于1。加載方式試驗(yàn)件個(gè)數(shù)Miner損傷均值Miner損傷方差15拉拉211.24050.24100.95630.1577南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)姚衛(wèi)星姚衛(wèi)星©©4-18第4章疲勞累積損傷理論4.4 修正的線性疲勞累積損傷理論n等幅加載D=ND=D1+D2D1=f(1,R1)+L+Dnn變幅加載=DjDj1=f(j1,Rj

8、1)j=1Dn1=f(n1,Rn1南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)姚衛(wèi)星姚衛(wèi)星©©4-19第4章疲勞累積損傷理論4.5 非線性疲勞累積損傷理論非線性疲勞累積損傷理論認(rèn)為載荷順序?qū)鄯e損傷有嚴(yán)重影響。非線性損傷累積理論中典型的是Carten-Dolan理論，該理論還是變損傷理論，它對(duì)于三個(gè)問(wèn)題的回答如下：9一個(gè)循環(huán)造成的損傷：Dmcrd9n個(gè)循環(huán)造成的損傷：等幅加載D=nmcrd變幅加載D=nimicridi=1n9臨界疲勞損傷DCR：DCR=cdN1m1r1南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)姚衛(wèi)星姚衛(wèi)星©©4-20 第4章 疲勞累積損傷理論 4.5 非線性

9、疲勞累積損傷理論 D = n i mic ri d = N 1 m1c r1d i =1 p 因?yàn)槠趽p傷核產(chǎn)生后不會(huì)在后面的疲勞加載過(guò)程中消 失，只會(huì)增加，所以有mi=m1，其中m1=max(mi) ni rid = r1d N 1 p 因?yàn)閾p傷發(fā)展速率r正比于應(yīng)力水平S ，所以 i =1 1= i =1 p N1 (S1 S i )d ni 南京航空航天大學(xué) 姚衛(wèi)星© 南京航空航天大學(xué) 姚衛(wèi)星© 4-21第4章疲勞累積損傷理論4.6 疲勞累積損傷理論的討論南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)姚衛(wèi)星姚衛(wèi)星©©4-22第4章疲勞累積損傷理論本章參考書(shū)目1 HashinZ. A reinterpretation of thePalmgrenMiner rulefor fatigue life prediction. JAppl MechTrans ASME1980，47:32482 葉篤毅，王德俊等一種基于材料韌性耗散分析的疲勞損傷定量新方法，實(shí)驗(yàn)力學(xué)，1999，14(1):80883 趙少汴，常用累積損傷理論疲勞壽命估算精度的試驗(yàn)研究，機(jī)械強(qiáng)度，2000, 22(3):2062094 謝里陽(yáng)，疲勞損傷狀態(tài)的等效性，機(jī)械強(qiáng)度，1995, 17(2):1001