随机载荷作用下含裂纹结构的疲劳可靠性分析

发布时间：2020-06-13 06:06

【摘要】：随着机械结构工作环境日益复杂和恶劣,各种随机因素的影响不断增加,含裂纹结构中的不确定性在疲劳可靠性分析中显得越发重要。分析疲劳寿命和可靠性则需要对部件内裂纹位置以及长度有充分的了解。传统的疲劳裂纹分析大多是基于Paris公式或者修正Paris公式,但是该疲劳裂纹分析方法忽略了裂纹扩展中的多裂纹位置关系、边界关系等因素的影响。对于复杂工作条件下的部件,载荷的不确定性同样对疲劳寿命有较大影响。因此,根据结构可靠性理论,从概率故障物理的角度对含裂纹结构进行疲劳可靠性分析是十分必要的。本学位论文拟针对此问题,开展如下研究:(1)裂纹间竞争失效行为研究。含裂纹结构失效类型主要为表面裂纹失效,通过分析不同的表面裂纹概率模型,结合裂纹初始位置及其初始长度的随机性,提出一种新的判断表面裂纹的概率模型,为含裂纹结构失效类型的判断提供依据。(2)裂纹间应力强度因子和相互作用分析。含裂纹结构往往存在多条裂纹,对于含有两条平行线裂纹的平板模型,结合裂纹尖端应力强度因子,通过ANSYS仿真计算不同位置关系的应力强度因子大小,拟合相邻裂纹之间的相互作用因子;并通过该相互作用因子预测应力强度因子大小,与仿真结果对比,验证相互作用因子模型的准确性和可行性。(3)含裂纹结构剩余寿命预测与可靠性分析。为了考虑随机载荷及裂纹长度不确定性对含裂纹结构剩余寿命的影响,本文通过载荷及裂纹长度的分布类型计算剩余寿命及其分布类型,并进行疲劳可靠性分析。(4)表面多裂纹扩展仿真和概率建模。结合实测表面裂纹的位置和长度分布,作为输入条件进行裂纹扩展仿真;由于裂纹间的相互作用,裂纹扩展过程中可能出现相邻裂纹的融合现象,在裂纹扩展过程中考虑裂纹融合效应更加符合实际工程;根据裂纹融合理论基础以及仿真结果,结合含裂纹结构裂纹融合现象中的各种不确定因素,建立含表面多裂纹融合的概率模型。
【图文】：

图 1-2 三种不同的裂纹失效模式外学者经过不断地努力和研究，提出了各种几何形状和荷载子计算方法。其中，，最全面、引用较多的三本书籍为[58-60]分析中，经常需要预测结构中两个或多个裂纹的组合效应，63]。如何正确评价含有多个裂纹的结构，对于预防潜在的灾义。在实践中，这意味着需要确定发生在一个裂纹上的应力近附加裂纹或缺陷的影响。在过去的四十年中，许多研究人

图 3-1 平行双裂纹模型图 3-2 裂纹位置参数模型通过 ANSYS 经典版进行建模分网以及计算应力强度因子，分网进行细化，使得网格更加规则，以提高结果精确度，对其他部位的网降低计算时间。其中一种工况的有限元结果如图 3-3 所示0m1m b2 r
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH114

【参考文献】

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本文编号：2710767