晶体塑性模型及其在金属疲劳寿命预测中的应用

作为细观尺度上描述各向异性非均质材料塑性变形行为的重要方法，晶体塑性模型能够基于晶体材料的微观组织结构预测其宏观力学性能，在航空航天金属的力学性能设计及评估中展现出应用前景。本文总结了晶体塑性模型的发展历程和不同变种，从流动准则、硬化模型和内部状态变量演化3个角度对比分析了唯象晶体塑性模型与基于物理机制的晶体塑性模型的特点与差异；然后介绍了基于疲劳指示参数和寿命评估准则的晶体塑性有限元在金属疲劳寿命预测领域的应用尝试，以航空航天常用金属疲劳裂纹萌生寿命预测为例，给出了部分应用实例表明不同模型的预测能力和适用性；最后展望了晶体塑性模型和应用的未来发展趋势和有待加强的研究方向。     

用于疲劳寿命计算机模拟试验的概率型微塑性应变能准则

引入随机微观应力应变场的概念,解释了在高周疲劳载荷作用下材料疲劳损伤的萌生机制,建立了计算材料微观塑性应变能的概率模型和用于材料疲劳寿命预测的广义微观塑性应变能准则。     

基于连续损伤力学的铝合金冲击局部损伤及后继疲劳寿命

基于连续损伤力学理论,对2A12铝合金冲击局部损伤及后继疲劳寿命进行了研究。首先采用有限元方法模拟了冲击过程,获得冲击凹坑局部的残余应力场与塑性应变场;然后根据残余应力状态选取疲劳破坏的危险点,通过Lermaitre塑性损伤模型得到危险点的初始损伤;最后根据修正的Chaboche疲劳损伤模型估算疲劳寿命。通过与相关的试验结果进行对比验证,表明连续损伤力学结合有限元分析方法可有效评估金属结构冲击损伤及后继疲劳寿命。     

粉末高温合金应变率及循环特性的试验研究

对ＦＧＨ９５粉末高温合金进行了３种温度下应变率跳级单向拉伸试验和５５０℃下控制应变的疲劳试验评定。分析了该材料在室温和高温下的应变率敏感性以及其循环应力应变特性，结果表明：ＦＣＨ９５是一种循环硬化材料，对应变率不甚敏感为进一步开展其粘塑性特性研究，建立这种材料的本构关系和粉末冶金涡轮盘的应力分析，寿命研究提供了试验依据。     

LC4铝合金预腐蚀损伤疲劳寿命预测

在不同的腐蚀时间条件下,按ASTM标准对试验件进行预腐蚀试验,产生腐蚀坑,获得了腐蚀损伤的数据,然后进行疲劳加载试验,建立了不同腐蚀时间与疲劳寿命之间的关系。用AFGROW软件预测不同腐蚀时间对试件疲劳寿命影响,预测值与试验值对比偏保守。建立了预腐蚀损伤试件的疲劳寿命预测的方法。     

飞机座舱有机玻璃结构疲劳寿命估算的局部应力法

基于飞机座舱有机玻璃为脆性材料的特性，提出估算飞机座舱有机玻璃结构件疲劳寿命的局部应力法。它以缺口件韧带上距离缺口根部d处的局部应力为参数，对照光滑试验件的S-N曲线，利用线性累积损伤理论，可以较好地预测结构件的疲劳寿命。对飞机座舱有机玻璃YB3的三种结构件进行了疲劳试验和寿命分析，结果表明：寿命估算结果与试验结果吻合较好。     

疲劳损伤及寿命预测的塑性功模型

在Coffin－Manson公式的基础上提出了低周疲劳损伤及寿命预测的塑性功模型,即选择滞回能的一半Wai、拉伸断裂塑性功Wf及一个材料常数β来定义发生明显循环硬化及循环软化材料的疲劳损伤参量Di＝（Wai／Wf）β。并从内、外两方面因素分别讨论了外界作用程度（Wai）及材料的固有属性(Wf及β)在低周疲劳损伤中的作用。     

复合材料层合板冲击及冲击后疲劳寿命预测方法(英文)

现有含冲击损伤复合材料层合板的寿命预测方法是建立在冲击后复合材料层合板的疲劳性能基础之上的,导致模型和方法不具有通用性。因此,针对含冲击损伤的复合材料层合板,基于逐渐累积损伤理论和无损单向板的疲劳特性,建立一种具有普遍适用性的三维逐渐累积损伤的疲劳寿命预测方法。该方法可对不同铺层参数、不同几何尺寸以及不同冲击条件下层合板的疲劳寿命进行预测。为了在缺少冲击试验时也能实现受到冲击载荷后层合板的疲劳寿命预测,对层合板在冲击载荷及冲击后疲劳载荷作用下的破坏进行全程分析,将预测得到的冲击损伤状态用于分析冲击后的疲劳寿命。同时基于全程分析的方法,开发了参数化的复合材料层合结构冲击及冲击后疲劳破坏模拟程序。与试验对比,最大误差为7.78%。     

温循载荷作用下电路板焊点的寿命评估

针对某CQFP封装形式的电路板在温循载荷作用下焊点开裂的现象,利用焊料的蠕变本构模型对其采用有限元方法进行分析计算,发现结构的最大蠕变应变位于引线边角焊点的上表面处,与试验现象符合。同时,采用应变疲劳模型对结构的寿命进行评估,计算的循环次数和试验吻合较好,为故障现象的机理研究及改进提供了一定的理论和方法支撑。     

基于寿命包线的飞机金属结构寿命预测方法

飞机结构寿命包线是飞机结构在安全使用条件下疲劳寿命与日历寿命的边界线;在其概念的基础上,考虑疲劳寿命与日历寿命的相互影响关系,提出了通过预腐蚀疲劳试验确定飞机结构寿命包线的腐蚀影响系数法,建立了典型服役环境下飞机金属结构腐蚀疲劳关键件的剩余寿命预测方法,并给出了在飞行强度变化条件下的剩余寿命预测实例。飞机结构寿命包线确定方法与剩余寿命预测方法的建立,为飞机结构单机寿命(疲劳寿命与日历寿命)监控奠定了基础。     

Modal and Fatigue Life Analysis on Beam with Multiple Cracks Subjected to Axial Force

Based on the transfer matrix method and Forman equation,a new method is proposed to conduct the modal and fatigue life analysis of a beam with multiple transverse cracks.In the modal analysis,the damping loss factor is introduced by the complex elastic modulus,bending springs without mass are used to replace the transverse cracks,and the characteristic transfer matrix of the whole cracked beam can be derived.In the fatigue life analysis,considering the interaction of the beam vibration and fatigue cracks growth,the fatigue life of the cracked beam is predicted by the timing analysis method.Numerical calculation shows that cracks have a significant influence on the modal and fatigue life of the beam.     

无传载紧固孔的疲劳寿命估算

本文根据紧固件与紧固孔的间隙配合、平滑配合或干涉配合情况具有的不同接触应力和干涉应力、应变分析特点,研究了用Neuber方程分析孔边局部应力、应变等循环参数和用Manson-Coffio应变疲劳寿命方程估算无传载紧固孔的痨劳寿命方法。例举的紧固件与紧固孔不同配合试验件的疲劳寿命试验结果与本文利用应力严重系数法分别计算的结果对比表明,本文所述的无传载紧固孔疲劳寿命估算方法与试验结果是比较一致的。这一循环参数分析和疲劳寿命估算方法为典型机翼下壁板结构的疲劳寿命估算建立了基础。     

疲劳裂纹扩展寿命预测概率模型

根据随机载荷谱作用下复杂构件危险部位疲劳裂纹扩展速率的随机特性，采用同步跟踪自校验算法，建立了用于复杂构件疲劳裂纹扩展寿命预测的概率模型。采用该模型用Monte－Carlo有限元混合方法做了多钉多层板复杂接头疲劳裂纹扩展寿命计算机仿真试验，给出了该构件疲劳全寿命分布规律。     

空空导弹吊挂疲劳寿命分析

针对空空导弹吊挂在挂飞过程中承受多种复杂多变的载荷(如挂飞振动载荷、机动抖振载荷、起飞着陆冲击载荷等)产生的疲劳破坏问题,研究利用仿真计算其疲劳寿命。在总结国内外最新疲劳理论研究的基础上,提出了基于有限元的时域和频域相结合的疲劳分析方法,在空空导弹吊挂的疲劳研究上形成了一套较为完善的分析流程。以某型空空导弹吊挂为研究对象,对其结构及工况特点进行了探讨和分析,借助Msc.Fatigue软件平台建立了吊挂的疲劳损伤模型,结合S-N曲线,计算出其疲劳损伤及其疲劳寿命,并总结出吊挂疲劳寿命的主要影响因素,对具体的型号研制工作有一定的指导意义和工程应用价值。     

LY12铝合金初始不连续状态研究

通过疲劳试验得到LY12铝合金新标准试验件的疲劳试验数据,以疲劳实验数据为基础通过断裂力学的方法应用AFGROW来反推LY12铝合金的初始不连续状态(IDS)。选取四种分布对IDS尺寸值进行统计特征研究,结果表明IDS值较符合三参Weibull分布。给出了LY12铝合金新标准实验件的疲劳寿命预测实例。并对不同IDS值的试验件的断口进行了对比和分析。     

老龄结构分析中腐蚀坑与等效裂纹间的量化关系

通过对航空结构的主体材料LY12-CZ进行预腐蚀试验,得到在不同条件下的腐蚀坑尺寸,然后进行疲劳试验并得到试验件寿命,再利用蒙特卡罗(MonteCarlo)方法对Paris公式进行数值积分并求解非线性方程,从而确定了与已知尺寸腐蚀坑有相同寿命所对应的等效表面裂纹的尺寸,最后把等效裂纹和腐蚀坑的尺寸分别代到模拟软件AFGROW内进行寿命预测并和试验疲劳寿命进行了比较。结果发现,把腐蚀坑等效为具有相同寿命的表面裂纹时,等效表面裂纹的尺寸比对应腐蚀的尺寸小19.7%-22.5%。     

评述B—P统一弹—粘塑性本构模型

综述了Ｂｏｄｎｅｒ－Ｐａｒｔｏｍ统一弹－粘塑性本构模型的基本理论，包括流动法则、运动方程和内变量演变方程三个部分。该模型是基于位错动力学的思想提出来的，认为材料变形的应变率由弹性和非弹性两部分组成，它们始终耦合在一起，采用内变量来表示材料抵抗塑性变形的非弹性状态，内变量包括各向同性硬化和方向性硬化两种。该模型不需要屈服准则和加卸载准则，具有较强的模拟能力，能模拟循环硬化与循环软化、非比例加载引起的     

随机循环载荷下某硬铝合金的疲劳可靠性分析

根据P－S－N曲线族方程,求出了在可靠度为P时的材料常数,并由疲劳寿命分布推导出疲劳强度分布,最后采用一维动态应力-强度干涉模型,研究了在随机循环载荷作用下的某硬铝合金的疲劳可靠性。