一种考虑棘轮-疲劳交互作用的多轴应力疲劳失效模型

摘要

基于三种不同循环特性材料的单轴和多轴棘轮-疲劳交互作用实验结果，提出了一个考虑棘轮-疲劳交互作用的多轴应力疲劳失效模型。在该疲劳失效模型中，假设非对称应力循环下的损伤由疲劳损伤和棘轮损伤两部分线性叠加组成，通过应力幅值反映疲劳损伤影响，通过最大应力反映棘轮损伤影响，引入了一个新的依赖于最大应力，应力幅值的疲劳参量FP来综合反映疲劳损伤和棘轮损伤的影响。针对多轴加载情形，在疲劳参量FP中又引入路径影响因子来反映加载路径依赖性，路径影响因子定义为多轴路径在应力空间中的长度与其在　轴上投影长度的比值，并用最大正应力面上的等效应力幅值和最大等效应力来代替单轴疲劳参量FP中的应力幅值和最大应力，从而将单轴疲劳失效模型扩展到多轴情形，并且多轴疲劳模型与单轴疲劳模型有相同的数学形式。单轴和多轴加载各工况的疲劳参数FP与相应的疲劳寿命之间表现出较好的单调关系，并可用简单的指数表达式来描述FP与疲劳寿命之间的关系。最后通过对单轴棘轮-疲劳交互作用实验点的非线性回归确定了模型中的材料常数，模型预测结果表明，对于单轴和多轴非比例循环应力工况，所提出的多轴应力疲劳失效模型的预测疲劳寿命与实验结果符合较好。