基于均布临界域本征损伤耗散的疲劳极限等量关系

摘要

疲劳极限预测是工程结构件复杂载荷下抗疲劳设计重要基础。应力场强理论,无法给出考虑平均应力的疲劳极限关系,属于临界域准则,而临界点准则无法刻画高周疲劳损伤局部域特点,与高周疲劳损伤特点不相吻合。基于连续介质损伤力学及其不可逆热力学框架,建立一种基于高周疲劳损伤临界域本征损伤耗散的疲劳极限等量关系模型。该等量关系包括考虑拉压异性的含平均应力的拉伸疲劳极限和对称旋转弯曲疲劳极限与对称扭转疲劳极限之比。运用含平均应力的拉伸疲劳极限预测模型,对两种常见铝合金LC4和LC9进行寿命预测,结果表明所提模型优于现有的单一线性(GOODMAN和THORDBERG)和GERBER椭圆疲劳极限等量关系模型,与试验吻合较好,单一线性疲劳极限等量模型无法刻画拉压异性。利用对称旋弯-对称扭转疲劳极限比值预测模型分别对11种常见金属材料疲劳性能进行预测,结果表明所提模型明显优于基于应力场强法导出的比值预测模型。基于均布临界域本征损伤耗散开展疲劳极限预测,为金属材料疲劳强度预测研究提供了新思路。