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基于固有频率的梁结构疲劳损伤演化规律 被引量：8
1
作者 卫军 杜永潇 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期1866-1875,共10页
基于梁结构的动力特性能够真实地反映其实际状态,梁结构动力特性变化与疲劳损伤之间存在一定的内在关联,研究疲劳损伤演化对梁结构模态频率的影响机制,提出一种以固有频率为损伤变量的梁结构疲劳损伤演化规律研究方法。首先,基于Timoshe... 基于梁结构的动力特性能够真实地反映其实际状态,梁结构动力特性变化与疲劳损伤之间存在一定的内在关联,研究疲劳损伤演化对梁结构模态频率的影响机制,提出一种以固有频率为损伤变量的梁结构疲劳损伤演化规律研究方法。首先,基于Timoshenko梁自由振动方程,引入疲劳作用的影响,推导疲劳历程固有频率理论计算公式;然后,对预应力混凝土模型梁进行疲劳试验研究和动力测试,得到疲劳历程中疲劳刚度和固有频率的退化规律,并验证疲劳历程固有频率理论计算公式的正确性;最后,定义固有频率为损伤变量,得到基于1阶固有频率的梁结构疲劳损伤演化规律。研究结果表明:梁结构固有频率也具有类似抗弯刚度退化的3阶段衰减规律;在疲劳作用下,第1阶频率的下降幅度最大,第2阶频率的下降幅度次之,而第3阶频率的下降幅度最小;梁结构在疲劳历程中某时刻状态下,随着模态阶次增大,频率修正系数减小;随着疲劳次数增多,梁各阶频率修正系数呈现增大的趋势;以第1阶固有频率为损伤变量,能有效地拟合梁结构3阶段非线性疲劳损伤演化规律,为进行结构性能退化程度判定及剩余寿命预测提供研究基础。 展开更多
关键词 TIMOSHENKO梁 疲劳损伤演化 固有频率 疲劳刚度 疲劳试验
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NEPE固体推进剂的低频疲劳特性
2
作者 张文沁 张大鹏 +2 位作者 雷勇军 申志彬 吴凡几 《国防科技大学学报》 北大核心 2025年第1期31-41,共11页
为研究低频疲劳加载下硝酸酯增塑聚醚(nitrate ester plasticized polyether, NEPE)固体推进剂的损伤演化过程,获得疲劳加载历史对NEPE固体推进剂拉伸力学性能的影响规律,基于电子万能试验机开展了NEPE固体推进剂低频疲劳试验和定应变... 为研究低频疲劳加载下硝酸酯增塑聚醚(nitrate ester plasticized polyether, NEPE)固体推进剂的损伤演化过程,获得疲劳加载历史对NEPE固体推进剂拉伸力学性能的影响规律,基于电子万能试验机开展了NEPE固体推进剂低频疲劳试验和定应变率单轴拉伸试验,并结合疲劳加载后试件的细观形貌图与试验曲线,进一步分析微细观结构损伤对NEPE固体推进剂宏观力学行为的作用机理。结果表明,低频疲劳载荷会使NEPE固体推进剂基体出现微裂纹,使其基体/颗粒界面出现空穴,进而产生不可忽视的应力软化行为与残余应变;疲劳加载过程中及疲劳加载后,NEPE固体推进剂宏观力学性能的衰减均与最大加载应变呈指数函数关系;低频疲劳载荷所造成的部分微观损伤可恢复,其余疲劳损伤能提升分子链取向重排能力,使材料出现疲劳强化现象。 展开更多
关键词 NEPE推进剂 低频疲劳试验 疲劳损伤演化 微细观损伤
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金属结构的疲劳损伤有限元分析研究 被引量：5
3
作者 钟炜辉 郝际平 黄会容 《西安建筑科技大学学报（自然科学版）》 CSCD 北大核心 2006年第4期495-498,共4页
金属材料的疲劳损伤是工程界早已发现的问题,金属结构的疲劳破损问题正日益突出.为了较好地预测金属结构和构件的剩余疲劳强度与疲劳寿命,必须建立疲劳损伤有限元分析模型,来完整描绘其应力场、应变场以及损伤场的变化全过程.针对金属... 金属材料的疲劳损伤是工程界早已发现的问题,金属结构的疲劳破损问题正日益突出.为了较好地预测金属结构和构件的剩余疲劳强度与疲劳寿命,必须建立疲劳损伤有限元分析模型,来完整描绘其应力场、应变场以及损伤场的变化全过程.针对金属材料的特点,从损伤力学的基本原理出发,通过切实可行的疲劳损伤演化规律实现损伤理论与有限元软件的结合,建立适用于金属结构的疲劳损伤有限元分析模型.最后通过疲劳试验结果与理论计算比较,对模型进行了分析与评价. 展开更多
关键词 疲劳损伤演化规律 弹性疲劳损伤 塑性疲劳损伤 疲劳损伤有限元分析
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钢桥复杂构造疲劳裂纹跨尺度扩展与寿命预测 被引量：1
4
作者 崔闯 郑秋松 +2 位作者 袁晓鹏 张宁 张清华 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期578-585,共8页
针对传统宏观唯像学方法无法描述钢桥疲劳损伤由微观到宏观的多尺度演化过程的问题,建立了可描述钢桥复杂构造疲劳裂纹跨尺度扩展与寿命预测方法.首先,结合微观晶体塑性本构模型,建立了以能量耗散理论为基础的微观短裂纹成核与扩展模型... 针对传统宏观唯像学方法无法描述钢桥疲劳损伤由微观到宏观的多尺度演化过程的问题,建立了可描述钢桥复杂构造疲劳裂纹跨尺度扩展与寿命预测方法.首先,结合微观晶体塑性本构模型,建立了以能量耗散理论为基础的微观短裂纹成核与扩展模型.同时,结合线弹性断裂力学,建立了宏观长裂纹扩展模型.在此基础上,以钢桥典型的纵肋与顶板焊接构造细节为研究对象,结合既有疲劳试验,模拟并验证了微观短裂纹的成核、扩展,以及宏观长裂纹扩展全过程.数值模拟结果与试验结果基本一致,表明所提出的疲劳裂纹跨尺度扩展与寿命预测方法对于钢桥复杂构造细节疲劳损伤演化与评估具有较好的适用性. 展开更多
关键词 钢桥 疲劳损伤演化 位错偶极子模型 短裂纹成核扩展 长裂纹扩展
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基于损伤力学预估点蚀疲劳寿命有限元法 被引量：2
5
作者 苟义龙 殷之平 黄其青 《航空工程进展》 2014年第2期233-238,共6页
飞机使用环境谱的不断变化会对机体结构造成腐蚀损伤,工程上难以在外场环境下进行实时损伤检测与疲劳性能试验。点蚀作为腐蚀的初始阶段,危害性大,部位也难以预测。采用损伤力学和有限元相结合的方法,以材料疲劳S-N数据为基础,将点蚀损... 飞机使用环境谱的不断变化会对机体结构造成腐蚀损伤,工程上难以在外场环境下进行实时损伤检测与疲劳性能试验。点蚀作为腐蚀的初始阶段,危害性大,部位也难以预测。采用损伤力学和有限元相结合的方法,以材料疲劳S-N数据为基础,将点蚀损伤认为是一种初始缺陷,建立基于损伤力学假设的点蚀损伤疲劳寿命预估方法,并提出一种改进型损伤参数反演方法。对点蚀疲劳失效过程进行数值模拟,模拟结果与试验结果吻合,证明该方法应用于金属材料点蚀疲劳问题中是合理的、可行的,为后续实际预腐蚀损伤疲劳研究奠定了基础。 展开更多
关键词 损伤力学 点蚀 疲劳寿命 疲劳损伤演化 有限元
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碳化与列车荷载耦合作用下城市轨道交通U型梁腐蚀疲劳寿命评估 被引量：6
6
作者 崔晨星 宋力 +1 位作者 陈桂香 余志武 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期747-755,共9页
为了研究碳化环境与重复列车荷载耦合作用下城市轨道交通U型梁的疲劳损伤演化规律以及腐蚀疲劳性能,提出一种考虑碳化锈蚀与疲劳耦合效应的城市轨道交通U型梁腐蚀疲劳寿命评估方法,研究混凝土保护层疲劳开裂对钢筋锈蚀的加速效应以及钢... 为了研究碳化环境与重复列车荷载耦合作用下城市轨道交通U型梁的疲劳损伤演化规律以及腐蚀疲劳性能,提出一种考虑碳化锈蚀与疲劳耦合效应的城市轨道交通U型梁腐蚀疲劳寿命评估方法,研究混凝土保护层疲劳开裂对钢筋锈蚀的加速效应以及钢筋锈蚀对疲劳抗力的影响。针对某城市轨道交通高架线的30 m预应力混凝土U型梁,采用该方法评估该U型梁在设计工况下的疲劳损伤演化规律和腐蚀疲劳寿命,并分析不同列车通行频率和碳化环境对疲劳损伤演化及腐蚀疲劳寿命的影响。研究结果表明:在所设计的碳化环境和列车通行频率下,U型梁的腐蚀疲劳寿命为403 a,表明U型梁的腐蚀疲劳性能良好;碳化环境和列车通行频率对U型梁腐蚀疲劳寿命影响较大;与设计工况相比,极端碳化环境和极限列车通行频率分别导致U型梁的腐蚀疲劳寿命下降30.28%和31.27%,在两者共同作用下,腐蚀疲劳寿命下降45.41%。 展开更多
关键词 城市轨道交通 U型梁 腐蚀疲劳寿命 碳化锈蚀 耦合作用 疲劳损伤演化
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纤维增强树脂基复合材料超高周疲劳研究进展 被引量：6
7
作者 吴涛 姚卫星 黄杰 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期210-218,共9页
纤维增强树脂基复合材料(Fiber reinforced plastic,FRP)具有强度高、密度低、抗疲劳、可设计性强等优点,自被开发以后便迅速在航空航天等现代工程领域得到广泛应用。随着对FRP失效机理研究的深入及工程设计水平的提高,工程中FRP材料的... 纤维增强树脂基复合材料(Fiber reinforced plastic,FRP)具有强度高、密度低、抗疲劳、可设计性强等优点,自被开发以后便迅速在航空航天等现代工程领域得到广泛应用。随着对FRP失效机理研究的深入及工程设计水平的提高,工程中FRP材料的设计许用值逐渐提高,FRP材料的疲劳问题变得不容忽视。尤其是高铁、飞机结构中的FRP材料,常常由于气动原因承受着高频振动载荷,从而引发FRP材料的超高周疲劳(Very high cycle fatigue,VHCF)失效问题。对FRP材料的超高周疲劳问题的研究主要分为四个方面:(1)FRP超高周疲劳试验方法;(2)FRP超高周疲劳损伤机理;(3)FRP超高周疲劳性能曲线特征;(4)FRP超高周疲劳寿命预测方法。其中疲劳试验方法为研究提供基本试验数据,是所有研究中最基础的部分。FRP超高周疲劳试验技术主要沿用金属材料的超高周疲劳试验方法,但由于FRP材料阻尼大、导热性差且对温度敏感,难以直接提高试验的加载频率。目前,主要采用减小试验件厚度、间歇加载以及强制冷却等手段来控制试验件温度,从而提高加载频率,缩短FRP超高周疲劳试验时间。超高周疲劳与常规疲劳的本质差别在于疲劳损伤机理的差异。超高周疲劳载荷下,FRP材料的基体裂纹损伤可能转变为局部点蚀,并且分层损伤可能先于基体裂纹萌生,这与典型的“三阶段”损伤演化过程有所不同。超高周疲劳载荷下,FRP材料的S-N曲线也表现出三种不同形式,分别对应存在疲劳极限、疲劳强度持续下降以及疲劳强度阶梯式下降三种情况。FRP超高周疲劳寿命预测方法主要沿用FRP常规疲劳寿命预测方法,其中基体裂纹密度方法可以降低对超高周试验数据的依赖程度。目前对FRP超高周疲劳损伤演化及性能曲线等问题的研究停留在对试验结果的观察阶段,缺乏系统的总结与研究。本文回顾了FRP材料超高周疲劳问题的研究进展,对FRP超高周疲劳研究的四个方面的内容进行了详细介绍。通过对现有研究成果进行对比分析,提出了FRP超高周疲劳需要深入研究的问题。 展开更多
关键词 纤维增强树脂基复合材料 超高周疲劳 疲劳试验方法 疲劳损伤演化 疲劳寿命预测
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金属非对称循环下的匀变速加载问题
8
作者 肖敏 罗迎社 +1 位作者 司家勇 刘秀波 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期676-680,共5页
由损伤力学理论可知,疲劳是由材料内部的损伤演化导致的,但其损伤演化的机理并不清楚。为此,我们将高分子物理中断裂的分子理论推广应用于金属的疲劳损伤,认为金属的断裂是一个松驰过程,宏观断裂是微观原子键断裂热活化的结果。以Q235... 由损伤力学理论可知,疲劳是由材料内部的损伤演化导致的,但其损伤演化的机理并不清楚。为此,我们将高分子物理中断裂的分子理论推广应用于金属的疲劳损伤,认为金属的断裂是一个松驰过程,宏观断裂是微观原子键断裂热活化的结果。以Q235钢为例,在CMT5105万能电子试验机上进行拉压非对称循环疲劳试验。从原子键离解的视角出发并结合试验数据,讨论并推算诸多因素影响下匀、变速加载时非对称循环疲劳损伤演化律的具体形式。再将速率作为重点考虑因素提出了新的疲劳损伤演化律,分别讨论了匀、变速情况下损伤演化律的基本形式,并对速率相关参数因子进行了修正。结果表明,新的疲劳损伤演化律形式简单、参数少、应用广泛且与试验结果贴合较好。 展开更多
关键词 疲劳损伤演化律 热活化 应变速率 应力幅
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