基于有限单元法的裂纹梁结构疲劳寿命预测模型

发布时间：2021-08-08 16:15

　　为了准确预测裂纹梁结构的疲劳寿命,提出一种裂纹梁结构的振动与疲劳裂纹扩展耦合分析方法。首先,基于有限单元法建立裂纹梁结构的动力学模型;然后,根据裂纹梁单元的特点,推导裂纹梁单元的应力强度因子表达式,在此基础上应用Walker方程建立疲劳裂纹扩展增量计算式,再基于振动响应与裂纹扩展循环同步分析法,计算疲劳裂纹扩展寿命;基于该疲劳寿命预测模型,分析激振频率、激振力幅值和应力比对裂纹梁疲劳寿命的影响;最后,对裂纹梁进行疲劳试验,将试验测量结果与模型计算结果进行比较,验证所提出模型的准确性。研究结果表明:提出的疲劳寿命预测模型较好地表征了疲劳裂纹扩展寿命与其结构参数之间的内在关系,反映了振动对裂纹梁结构疲劳寿命的影响;随着激振频率接近固有频率,裂纹扩展速率增大,裂纹梁的疲劳寿命明显降低;随着激振力幅值增大,裂纹梁的应力强度因子幅增大,疲劳裂纹扩展寿命降低;随着应力比增加,裂纹梁的疲劳寿命显著提高。 

【文章来源】：中南大学学报(自然科学版). 2020,51(04)北大核心EICSCD

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【部分图文】：

裂纹梁单元模型

Bi为第i个梁单元的协调矩阵；Ri为第i个梁单元的坐标转换矩阵；fi为作用于第i个梁单元上的外力；qi为其他梁单元作用于第i梁单元上的单元作用力；mi为第i个梁单元的质量矩阵；ki为第i个梁单元的刚度矩阵，当i=2时，k2=kc，当i≠2时，ki=ke。将含裂纹GARTEUR AG-11结构中的n个梁单元的运动方程叠加，采用黏性阻尼模型[16]，得到其运动微分方程：

裂纹梁结构振动与疲劳耦合分析流程

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于固有频率的梁结构疲劳损伤演化规律[J]. 卫军,杜永潇.  中南大学学报(自然科学版). 2019(08)
[2]含多条裂纹梁的模态与振动疲劳寿命分析[J]. 马一江,陈国平.  振动.测试与诊断. 2017(02)
[3]含裂纹悬臂梁的振动与疲劳耦合分析[J]. 刘文光,陈国平.  振动与冲击. 2011(05)



本文编号：3330272