结构细节疲劳寿命分散性估计方法研究

摘要

结构件的疲劳试验受经费和时间的限制,很少能得到满足统计要求的大样本量试验数据。相对于结构件疲劳试验的小样本量,结构材料已在工程实践中积累了大量的疲劳试验数据。因此,对疲劳试验数据处理方法和结构疲劳性能分散性的研究具有重要的理论意义和工程应用价值。借鉴以往学者在疲劳寿命方面所得到的大量实验数据和研究成果,本文通过对试验数据统计分析,探讨了结构疲劳试验数据分散性处理方法和结构细节疲劳寿命分散性估计方法。
　　 综合考虑疲劳试验方法、疲劳试验数据分散性和试验件样本容量对S-N曲线的影响,提出了一种融合成组疲劳试验数据和疲劳强度试验数据拟合S-N曲线的双加权最小二乘法。进行了大量统计分析,结果表明拟合的S-N曲线具有较高的精度和可信度。
　　 将双加权最小二乘法的应用范围扩展到了对任意可靠度下P-S-N曲线的拟合。通过对已有数据的统计分析,验证了所得P-S-N曲线的拟合能力、预测精度和拟合精度,拟合结果较好。
　　 依据材料的P-S-N曲线和缺口件的几何信息,提出了一个缺口件疲劳强度分散性的估算方法。用改进的相等破坏概率法求出光滑件的疲劳强度分布,由应力场强法和历史信息获得疲劳缺口系数的分布,并由此得到缺口件疲劳强度分布。通过试验数据验证了该方法的估计精度,结果令人满意。最后完成了一个航空工程结构细节疲劳寿命的算例分析。

目录

文摘

英文文摘

图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 结构疲劳可靠性分析基础

1.2.1 疲劳寿命分布

1.2.2 分布参数估计

1.2.3 可靠性疲劳寿命

1.3 结构疲劳性能分布的影响因素

1.3.1 载荷状况影响

1.3.2 应力集中影响

1.3.3 尺寸效应影响

1.3.4 表面质量影响

1.3.5 环境状况影响

1.3.6 小结

1.4 结构件与标准材料试件寿命分布的关系

1.5 本文研究内容及研究方法

第二章 疲劳S-N曲线拟合的双加权最小二乘法

2.1 S-N曲线常用拟合方法

2.2 双加权最小二乘法

2.2.1 加权最小二乘法

2.2.2 试验数据分散性的表征

2.2.3 拟合步骤

2.3 算例分析及结果讨论

2.3.1 疲劳强度预测精度验证

2.3.2 拟合方法对比分析

2.4 小结

第三章 建立P-S-N曲线的双加权最小二乘法

3.1 P-S-N曲线常用拟合方法

3.2 试验数据处理及拟合步骤

3.2.1 成组试验数据处理

3.2.2 升降法试验数据处理

3.2.3 拟合步骤

3.3 算例分析与结果讨论

3.3.1 P-S-N曲线族拟合能力分析

3.3.2 疲劳强度预测精度分析

3.3.3 与常规方法对比分析

3.3.4 小结

第四章 缺口件疲劳性能分散性估算方法

4.1 疲劳强度分布的导出方法

4.1.1 相等破坏概率法

4.1.2 改进的相等破坏概率法

4.1.3 算例分析

4.2 疲劳缺口系数Kf

4.2.1 基于应力场强法估算Kf中值

4.2.2 基于历史信息统计分析Kf分散性

4.3 缺口件疲劳强度分布估算流程

4.4 结果验证

4.5 工程结构疲劳寿命估算

4.5.1 疲劳寿命估算方法

4.5.2 结构危险部位确定

4.5.3 材料高周疲劳性能数据

4.5.4 结果分析

4.6 小结

第五章 总结与展望

5.1 本文研究工作总结

5.2 后续研究工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文