复杂载荷谱作用下连接件疲劳寿命预估的损伤力学方法

摘要

基于损伤力学—有限元方法，开发了ANSYS_APDL—FORTRAN程序，对带板连接件在复杂载荷谱作用下的疲劳裂纹萌生寿命和扩展寿命进行了预估。引入基于热力学原理的损伤驱动力构建了分式形式的含多个参数的损伤演化方程，并采用最小二乘方法确定方程中的材质参数。利用有限元软件ANSYS建立带板连接件的三维实体有限元模型，在上下板之间以及板与铆钉之间添加面—面接触对。借助ANSYS与FORTRAN语言的接口，开发基于损伤力学的APDL—Fortran数值计算平台。使用结构单元和接触单元进行接触非线性分析，得到构件无损伤状态下的全场应力应变分布；以变步长的加载次数划分步长，进行损伤演化及累积；重新计算新的损伤场条件下的应力应变场。迭代计算，借助裂纹萌生准则和扩展准则即可确定出构件的疲劳裂纹萌生寿命和疲劳裂纹扩展寿命。如实反映了变幅谱中所有加载引起的损伤累积过程，同时考虑了构件损伤后损伤场和应力应变场的相互耦合效应。为预估变幅交变载荷谱作用下构件的疲劳寿命提供了新的思路。