临界面法在多轴低周疲劳损伤预测中的应用

"基于临界面法的多轴低周疲劳损伤参量 (2008年)" 本文探讨了一种用于预测多轴低周疲劳寿命的新方法，即基于临界面法的多轴低周疲劳损伤参量。低周疲劳通常发生在承受大变形的结构中，其特点是材料经历有限的循环次数即发生断裂。在多轴载荷下，这个问题变得更加复杂，因为不同的应力状态可能导致不同的疲劳行为。 临界面法是一种考虑材料局部应变状态的疲劳损伤模型。传统上，等效应变法和能量法被用来评估多轴疲劳，但它们各有局限。等效应变法无法充分反映材料对加载路径的敏感性，而能量法则由于把塑性功视为标量，忽略了破坏面的方向性，且需要精确的本构关系，不适用于小塑性应变的情况。 研究者通过对GH4169高温合金和45#钢的试验数据进行分析，发现裂纹扩展与最大剪应变面上的最大剪应变和法向应变密切相关。因此，他们提出将最大剪应变平面作为损伤临界平面，并以最大剪应变和相应的法向应变作为基本的多轴疲劳损伤参数。这种方法旨在简化预测过程，同时更好地捕捉材料的实际响应。 实验结果显示，利用这种新的损伤模型预测GH4169合金和45#钢的疲劳寿命，误差基本控制在2个因子之内，表明模型具有较高的精度。这为工程部件的疲劳寿命评估提供了更为精确的工具，有助于预防因疲劳断裂引发的灾难性事故。 在实际应用中，这种基于临界面法的损伤模型可以应用于承受复杂载荷的零部件设计，特别是在航空、航天和能源领域，这些领域的组件往往需要在高温和多轴应力状态下长期工作。通过合理估计这些部件的疲劳寿命，可以提高系统的可靠性和安全性，减少维护成本。 这项研究对多轴低周疲劳损伤理论进行了重要贡献，不仅提供了一种更有效的方法来预测疲劳寿命，而且加深了我们对材料在复杂载荷下的疲劳行为理解。未来的研究可能会进一步优化这一模型，以适应更多种类的材料和更广泛的应用场景。