摘要
随着科技进步和国民经济的发展，人们对机械装备提出了更为苛刻的使用寿命、安全性能以及经济效益等方面要求。疲劳失效作为最严重的构件破坏形式之一，危及着其安全运行并可能造成巨大经济损失。疲劳按照失效周次，可划分为低周疲劳和高周疲劳，其中低周疲劳广泛存在于诸如石油、化工、核电等重要的工程领域。在这些领域，构件一旦发生疲劳失效，后果不堪设想。因此，开展低周疲劳寿命预测，具有重要的工程应用价值。 针对低周疲劳失效行为特征，基于连续介质力学及其不可逆热力学框架，以内禀损伤耗散功作为疲劳寿命评估指标，构建多种载荷工况下的低周疲劳寿命预测模型，包括:含平均应变低周疲劳载荷工况、两级变幅低周疲劳载荷工况以及多轴非比例低周疲劳载荷工况。 首先，介绍损伤内变量，描述不同损伤状态下的有效应力，依据连续介质力学和热力学基本理论，建立约束条件，在此约束条件下建立仅考虑材料各向同性的低周疲劳损伤演化模型一般表达式。提出与材料性质、载荷性质高度相关的损伤内变量临界值。 其次，引入Ramberg-Osgood循环本构模型，建立内禀损伤耗散功的D型表达式，以等同内禀损伤耗散功作为等寿命条件，构建考虑平均应变的低周疲劳寿命预测模型。分别利用包括内禀损伤耗散模型在内的四种考虑平均应变影响的低周疲劳寿命预测模型，对45钢和2124-T851铝合金进行低周疲劳寿命预测，并与相应的试验结果进行对比论证。对比模型包括:修正的Ohji模型、Sandor模型和Wei-Wong模型，结果表明，内禀损伤耗散模型优于对比模型。 再次，依据内禀损伤耗散功的D型表达式，以等同内禀损伤耗散功作为损伤转换条件，构建考虑载荷顺序效应的变幅低周疲劳寿命预测模型，分别利用P355NL1结构钢和Ti-6Al-4V钛合金两级变幅载荷下的单轴低周疲劳试验数据对比论证内禀损伤耗散疲劳损伤累积模型在两级变幅载荷工况下的适用性，对比模型包括:Manson模型、Kwofie模型和Peng模型，结果表明，内禀损伤耗散疲劳损伤累积模型表现最优。 最后，分析加载路径和应变幅值对疲劳寿命的影响，建立多轴非比例载荷条件下的循环应力应变关系，以等同内禀损伤耗散功作为等寿命条件，构建考虑非比例附加强化效应的多轴低周疲劳寿命预测模型。分别利用双轴拉压-扭转载荷工况下的Q235钢，SNCM630钢和45钢薄壁圆筒试件的低周疲劳试验结果对比论证包括内禀损伤耗散模型在内的四种模型，对比模型包括KBM模型、FS模型和Li模型，结果表明:内禀损伤耗散模型表现最佳。
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