预测低周疲劳寿命的一种新方法

从低周疲劳损伤可由疲劳过程中的非弹性响应来反映的理念出发,以循环弹性余应变能密度来表征循环应力应变曲线的非线性部分偏离线性的程度,建立了基于循环弹性余应变能密度为基本参量预测低周疲劳寿命的新方法.采用30CrNiM08钢的疲劳试验结果和文献中对某高温合金的疲劳试验结果,对该预测模型的预测结果和Manson-Coffin公式、三参数幂函数模型预测结果进行了对比分析,结果表明,文中提出的预测模型的预测结果与试验结果吻合良好,预测精度高于Manson-Coffin公式的预测精度,并接近或高于三参数幂函数模型的预测精度.     

基于累积塑性破坏的船体缺口板低周疲劳裂纹萌生寿命研究

结合循环应力-应变曲线,获得N次载荷循环后船体缺口板累积塑性应变值,根据Neuber公式和Manson-Coffin方程建立了循环载荷下基于累积递增塑性破坏的船体缺口板低周疲劳裂纹萌生寿命的计算模型。通过有限元计算讨论了循环载荷的平均应力、应力幅值、应力比及尺寸效应的影响;所建立模型的计算结果与已有实验结果基本吻合;对合理预估单轴循环载荷下缺口板的低周疲劳裂纹萌生寿命以及提高船舶安全性有重要意义。     

循环载荷下AH32钢低周疲劳与累积塑性破坏交互作用试验研究

文章对AH32钢在循环载荷下低周疲劳破坏和累积塑性破坏的交互作用进行了试验研究.试验中分析了平均应力、应力幅值及应力比对低周疲劳裂纹扩展寿命和累积塑性应变的影响.试验结果表明,较大的循环载荷下发生两种失效模式,由裂纹扩展导致的低周疲劳失效和较大的塑性应变导致的累积塑性破坏.在试验结果的基础上,文中提出了考虑低周疲劳破坏和累积塑性破坏交互作用的失效模型,模型结果与试验结果较为吻合,说明其具有一定的可行性.     

加筋板低周疲劳寿命和累积塑性应变模型

为分析加筋板结构累积塑性破坏的影响,应用损伤力学基础理论,并结合筋板相互影响系数,以塑性应变为损伤演化的控制参量,推导并建立加筋板结构低周疲劳累积递增塑性应变模型和低周疲劳寿命模型。将加筋板在循环载荷下的疲劳损伤变量引入累积递增塑性应变方程中,通过积分变换,推导出循环载荷下船舶加筋板结构轴向累积塑性应变的演化方程及其低周疲劳寿命本构模型;采用船舶通用高强度402钢相关材料疲劳特性参数对船舶加筋板结构低周疲劳寿命模型进行对比分析;将塑性应变发展理论模型与有限元计算结果进行比较,分析平均应力和筋条刚度比对累积塑性应变的影响规律。结果表明,该模型较好地反映了船舶加筋板结构的轴向累积塑性应变演化规律,同时能方便地对船舶结构低周疲劳强度进行评估、校核。     

循环载荷下AH32钢低周疲劳与累积塑性破坏交互作用试验研究（英文）

文章对AH32钢在循环载荷下低周疲劳破坏和累积塑性破坏的交互作用进行了试验研究。试验中分析了平均应力、应力幅值及应力比对低周疲劳裂纹扩展寿命和累积塑性应变的影响。试验结果表明,较大的循环载荷下发生两种失效模式,由裂纹扩展导致的低周疲劳失效和较大的塑性应变导致的累积塑性破坏。在试验结果的基础上,文中提出了考虑低周疲劳破坏和累积塑性破坏交互作用的失效模型,模型结果与试验结果较为吻合,说明其具有一定的可行性。     

基于总应变能的多轴疲劳模型研究

该研究提出一种多轴疲劳寿命预测模型。结合现有的几种多轴疲劳模型的优点和不足之处,分别对正应变能部分和剪应变能部分做出了修正,提出了一个能够适用于多种载荷形式的多轴疲劳寿命预测模型。该模型通过求解莫尔圆把剪应变幅作为临界面判定参量,把临界面上的总应变能作为损伤参量。运用SNCM630合金钢、纯钛和钛合金等4种材料的疲劳试验数据对提出的模型进行评估和验证,尽管材料特性和载荷形式各异,但所有的预测寿命基本都落在了试验寿命两倍的公差带以内,这证明提出的新模型具有较高的预测精度。     

考虑塑性损伤的船体裂纹板低周疲劳裂纹扩展行为研究

船舶结构的扩展断裂失效往往是低周疲劳破坏和累积递增塑性破坏耦合作用的结果,疲劳裂纹的扩展就是裂纹尖端前缘材料刚度不断降低延展性不断耗失而逐渐分离的结果.基于弹塑性断裂力学理论,文章提出了考虑累积塑性损伤的低周疲劳裂纹扩展速率预测模型.通过低周疲劳裂纹扩展试验拟合出模型相关材料参数并验证预测模型的合理性.通过系列有限元计算对平均应力及应力幅值的影响因素进行了数值分析.该模型的计算结果与已有实验结果基本吻合;对合理预估船体裂纹板的常幅低周疲劳裂纹扩展寿命有重要意义.     

瞬态冲击载荷作用下舵板结构的疲劳寿命预测

通过开展材料性能试验与分析,获取材料的循环应力-应变曲线,采用不同方法对Manson-Coffin公式中的疲劳常数进行估算,对R≠–1的应变-寿命曲线进行修正.运用雨流计数法计算得到结构的载荷谱,采用Neuber近似解法求出舵板结构的局部应力应变.分别应用道林公式和兰德格拉夫公式2种方法计算结构的累计损伤效应,并对2种方法的计算结果进行对比分析.提出采用应变能等效原则开展试件的疲劳寿命试验方法,试验结果与仿真计算结果较为近似.     

瞬态冲击载荷作用下舵板结构的疲劳寿命预测

通过开展材料性能试验与分析,获取材料的循环应力-应变曲线,采用不同方法对Manson-Coffin公式中的疲劳常数进行估算,对R≠–1的应变-寿命曲线进行修正。运用雨流计数法计算得到结构的载荷谱,采用Neuber近似解法求出舵板结构的局部应力应变。分别应用道林公式和兰德格拉夫公式2种方法计算结构的累计损伤效应,并对2种方法的计算结果进行对比分析。提出采用应变能等效原则开展试件的疲劳寿命试验方法,试验结果与仿真计算结果较为近似。     

考虑塑性损伤的船体裂纹板低周疲劳裂纹扩展行为研究（英文）

船舶结构的扩展断裂失效往往是低周疲劳破坏和累积递增塑性破坏耦合作用的结果,疲劳裂纹的扩展就是裂纹尖端前缘材料刚度不断降低延展性不断耗失而逐渐分离的结果。基于弹塑性断裂力学理论,文章提出了考虑累积塑性损伤的低周疲劳裂纹扩展速率预测模型。通过低周疲劳裂纹扩展试验拟合出模型相关材料参数并验证预测模型的合理性。通过系列有限元计算对平均应力及应力幅值的影响因素进行了数值分析。该模型的计算结果与已有实验结果基本吻合;对合理预估船体裂纹板的常幅低周疲劳裂纹扩展寿命有重要意义。     

基于累积塑性破坏的船体板低周疲劳裂纹扩展寿命研究

船体板的总体断裂破坏往往是低周疲劳破坏与累积塑性破坏两种破坏模式耦合作用的结果,故在船体板低周疲劳裂纹扩展寿命评估中,其基于累积塑性应变的船体板低周疲劳裂纹扩展寿命分析能够更为符合实际地评估船体板的总体断裂承载能力。船体板低周疲劳裂纹扩展寿命由宏观可检测裂纹扩展到临界裂纹而发生破坏这段区间的寿命。船体在实际航行中受到多次波浪外载作用而使其进入塑性变形不断累积或不断反复的破坏过程,并最终导致低周疲劳裂纹的萌生及扩展而使结构破坏,其破坏形式分别对应于增量塑性变形破坏（或棘轮效应）或交变塑性变形破坏（或低周疲劳）。局部塑性变形的累积会加剧低周疲劳裂纹不断扩展,因而基于累积塑性破坏研究船体板低周疲劳扩展寿命更为合理。文中以船体板单次循环载荷后塑性应变大小为基础,依据累积递增塑性破坏过程及弹塑性理论,计算经过N次变幅循环载荷后船体板累积塑性应变值,结合循环应力—应变曲线获得相应的稳定的迟滞回线,确定裂纹尖端应力应变曲线及确定相关塑性参量并依据选取的断裂判据判定裂纹扩展。建立循环载荷下基于累积递增塑性破坏的船体板低周疲劳裂纹扩展寿命的计算模型考虑应力比对此裂纹扩展寿命计算模型的影响。由该方法计算出的疲劳裂纹扩展寿命将对正确预估船舶结构的低周疲劳强度从而提高船舶安全性有重要意义。     

材料衍生比例定律的建立及其在结构屈曲断裂非线性失效中的应用

基于应变能定理和切线模量理论的内涵,研究应力应变曲线非线性阶段的实际应力和满足比例关系的线性应力之间的关系,可以得到不受比例极限限制的材料衍生比例定律.文中重点讨论该定律的建立过程,并引用大深度潜器耐压球壳弹塑性失稳进行了例证,最后说明该定律用于计算弹塑性断裂的方法以及与各断裂度量的关系.实例表明,结构非线性失效问题可以用衍生比例定律得到较好的解决.     

Cyclic behavior and strain energy-based fatigue damage analysis of mooring chains high strength steel

This study investigates the low-cycle fatigue behavior of mooring chains high-strength steel grade R4 under different strain amplitudes and strain ratios at room temperature. A fatigue test program has been carried out on small low cycle fatigue specimens cut from large mooring chains. The experimental results characterize the cyclic stress-strain relationship, the mean stress relaxation behavior, and the cyclic plasticity parameters of the material. Strain energy density is correlated with fatigue life through a simple power-law expression and very well represented by Basquin-Coffin-Mansion relationship. Further, a non-linear elastic-plastic material model is calibrated to the experimental stress-strain curves and used for the estimation of energy dissipation in the specimens under applied cyclic loads. The predicted fatigue life using the calibrated material parameters demonstrates a close agreement with the experimental fatigue life. Numerical simulations are carried out to analyze local plastic straining and assess crack initiation at the pit site of corroded mooring chains considering the multiaxial stress state. An energy-based approach is employed to estimate the number of cycles needed for a crack to initiate from an existing corrosion pit.     

低周疲劳损伤对老化船舶结构剩余极限强度的影响

为了分析低周疲劳累积损伤对老化船舶结构剩余极限强度的影响,应用连续介质损伤力学方法,将损伤耗散余势和塑性应变理论相结合,建立船舶结构剩余极限强度低周疲劳累积损伤模型,得到老化船舶结构极限强度随低周疲劳累积损伤衰减的规律.运用此模型,给出船舶常用Q235钢材和45钢材剩余极限强度随低周疲劳累积损伤衰减规律的工程应用经验关系式,验证了方法的合理性和实用性,为进一步分析低周疲劳对老化船舶结构极限强度的影响奠定了基础.     

压力容器接管区应变分布模拟试样(ECT)的低周疲劳裂纹扩展

设计了一种含局部减薄半椭圆缺口的紧凑拉伸试样(ECT),以模拟压力容器接管区结构,并对16MnR钢的ECT试样进行了不同应力比的恒幅低周疲劳裂纹扩展试验.结果表明:ECT试样具有类似压力容器接管区的高应变分布场;低周疲劳裂纹扩展速率与由线积分定义计算的循环J积分,△J在双对数坐标中呈良好线性相关,且回归的材料参数与相同材质的高周疲劳试验获得的Paris常数基本一致.     

基于雨流计数法及Corten-Dolan准则的轴承疲劳寿命预测

船舶轴承是船舶推进系统中的重要支撑部件，其稳定可靠的工作状态是推进轴系健康服役的重要保障。由于轴承的破坏形式主要为材料疲劳磨损引发的故障失效，故开展船舶轴承的疲劳磨损状态研究就显得尤为重要。本文针对轴承结构疲劳损伤问题，通过MATLAB软件实现雨流计数法原理的计算机语言编写，研究了四点雨流计数法对船舶轴承危险节点的动态应力分析应用，并提取出对应的循环应力载荷谱。考虑平均应力的影响，运用Gerber曲线对统计得到的循环载荷进行等寿命转化。最终利用轴承材料S-N曲线，结合Corten Dolan准则进行疲劳寿命预测计算，得出船舶轴承在相应外部循环载荷作用下的最终寿命。为轴承的设计和优化提供了理论参考依据，对船舶轴系运行管理具有重要的现实意义。     

Low-cycle fatigue assessment of offshore mooring chains under service loading

The integrity of mooring chains is essential to the safety of a range of offshore platforms. However, mooring line failures are occurring earlier than their design lives, with a high number of these failures occurring due to fatigue. Early in the fatigue life of the component fatigue initiation processes occur, where the fatigue hotspot is sensitive to the mean load and there is plastic strain accumulation from the multiaxial stress-strain responses of the material, leading to cyclic plastic damage accumulation. The traditional SN approach suggested by mooring standards does not consider these effects, and it is proposed that this lack of consideration under low-cycle fatigue conditions is the reason for the current non-conservative fatigue assessments of mooring chains. This paper aims to develop a fatigue approach based on a critical plane multiaxial fatigue criterion for mooring chains that can consider the damage-induced by the cyclic plasticity and the mean load effect, to investigate the importance of incorporating low-cycle fatigue into the mooring chain life prediction. To develop the critical plane approach, the multiaxial stress-strain states are extracted for the critical plane at the fatigue hotspot from a finite element model of a mooring chain. This is then correlated with a fatigue life prediction provided by conventional fatigue design data. It uses a simulation of an FPSO as a case study to demonstrate the importance of low cycle fatigue, which shows that the mean load effect is significant in reducing the fatigue life for mooring chain applications, while the effect of fatigue damage-induced cyclic plasticity is limited. The fatigue damage accumulation predicted by the critical plane approach is significantly higher than that of the traditional SN approach and should be accounted for in mooring line design.     

考虑残余应力效应的深潜器耐压壳体疲劳研究

本文考虑焊接残余应力的影响,给出包含裂纹萌生和裂纹扩展全过程的载人深潜器耐压球壳疲劳寿命预报方法,分别基于局部应力-应变法和能计及负应力比效应的裂纹扩展单一曲线模型预报了耐压球壳的工艺疲劳寿命和使用疲劳寿命,研究焊接残余应力大小对球壳疲劳寿命的影响。结果表明,忽略拉伸残余应力的影响将导致疲劳寿命预测结果偏于危险;耐压球壳整体受压时,拉伸残余应力使得球壳局部区域承受拉-压循环载荷,计算使用疲劳寿命过程中须考虑其影响;降低拉伸残余应力可有效提高耐压球壳的疲劳寿命。