基于杆板微结构的金属材料各向异性损伤模型及疲劳寿命预估方法研究

本项目拟建立一种基于杆板微结构的金属材料各向异性损伤模型，并基于该模型建立能够用于金属构件定量疲劳寿命分析的预估方法。首先，引入空间杆板微结构模拟连续介质体元，其中杆只承受轴力，板只承受剪力。利用杆和板单变量损伤的组合描述复杂受力条件下连续介质体元的各向异性损伤特性。然后，根据热力学原理，分别构建针对杆和板的单变量损伤演化方程，并通过金属材料标准件疲劳试验识别损伤演化方程中的材质参数。将杆、板损伤演化方程与体元的本构关系式相结合，建立体元的各向异性损伤模型。从体元疲劳失效时刚度丧失，刚度矩阵奇异这一特性着手，建立连续介质体元的各向异性损伤疲劳失效判据。利用上述各向异性损伤模型与损伤力学守恒积分原理建立预估结构疲劳寿命的各向异性损伤力学闭合解法。对ANSYS软件进行二次开发，建立预估金属结构疲劳寿命的各向异性损伤力学数值解法。最后，通过标准件拉扭组合疲劳试验验证上述模型与方法的正确性。

本项目建立了一种基于杆板微结构的金属材料各向异性损伤模型，并基于该模型建立了能够用于金属构件定量疲劳寿命分析的预估方法。首先，引入了空间杆板微结构模拟连续介质体元，其中杆只承受轴力，板只承受剪力。利用杆和板单变量损伤的组合描述复杂受力条件下连续介质体元的各向异性损伤特性。然后，根据热力学原理，分别构建了针对杆和板的单变量损伤演化方程，并通过金属材料标准件疲劳试验识别损伤演化方程中的材质参数。将杆、板损伤演化方程与体元的本构关系式相结合，建立了体元的各向异性损伤模型。从体元疲劳失效时刚度丧失，刚度矩阵奇异这一特性着手，建立了连续介质体元的各向异性损伤疲劳失效判据。利用上述各向异性损伤模型与损伤力学守恒积分原理建立了预估结构疲劳寿命的各向异性损伤力学闭合解法。对ANSYS软件进行二次开发，建立了预估金属结构疲劳寿命的各向异性损伤力学数值解法。最后，通过标准件拉扭组合疲劳试验验证了上述模型与方法的正确性。