变幅载荷下疲劳裂纹预测新模型：S-N曲线与工程应用

本文主要探讨了变幅载荷疲劳裂纹扩展预测模型的问题，针对在实际工程中变幅载荷条件下进行疲劳裂纹预测所面临的挑战，如实验成本高昂、耗时以及负载谱型不确定性等。作者基于常幅载荷下的S-N曲线（表示材料在不同应力水平下的疲劳强度）与疲劳裂纹扩展曲线（描述裂纹增长与应力的关系）之间的已知关联，试图建立一种适用于变幅载荷情况的新型预测模型。 首先，研究者对常幅载荷下S-N曲线与疲劳裂纹扩展曲线的交互作用进行了深入分析，这一步旨在理解如何将材料的疲劳性能与裂纹动态扩展过程联系起来。接着，他们利用疲劳累积损伤理论，这是一种描述材料在多次循环载荷作用下累积损伤积累的理论框架，来构建一个能够处理变幅载荷复杂循环效应的裂纹扩展预测模型。 在构建过程中，模型特别考虑了超载迟滞效应，即在载荷超过材料设计极限时，裂纹暂时停止扩展然后在减小载荷时重新启动的现象。这是因为在变幅载荷情况下，这种效应对裂纹的最终扩展行为有显著影响。通过理论推导和数值模拟，研究人员得出了块谱载荷下裂纹扩展裂纹长度的预测公式，这一公式可以应用于早期的设计阶段，对结构的疲劳寿命进行预估。 作者杨谋存博士和聂宏教授合作，他们的研究工作得到了江苏省自然科学基金、高校自然科学研究计划基金、南京工业大学青年教师学术基金、江苏博士后基金以及国家自然科学基金等项目的资助。他们通过对实验数据的验证，发现所提出的预测模型在实际工程环境中表现出了有效性，并且具有很高的工程应用价值。 总结来说，本文的核心贡献是提出了一种变幅载荷下的疲劳裂纹扩展预测模型，它结合了S-N曲线、疲劳累积损伤理论和超载迟滞效应，为结构设计者提供了一个实用的工具，以便在设计阶段准确估计疲劳裂纹的发展趋势和结构的可靠寿命。这种方法有望降低疲劳裂纹控制的成本和时间消耗，对于提高工业生产中的安全性具有重要意义。