● 摘要
众所周知，对现代结构进行疲劳寿命预测与抗疲劳设计是势在必行的。工程界迫切需要能够缩短周期、降低成本的、科学化的疲劳寿命预测方法。本文的研究目标是提出高周疲劳全寿命的预估闭合解法，具体方法是将损伤力学与断裂力学理论有机结合，将裂纹形成与裂纹扩展两个阶段统一到损伤力学理论框架下，提出一种既有坚实理论基础又便于工程应用的疲劳裂纹全寿命预报的方法，提供裂纹的形成实验和裂纹的扩展实验之间数据共享的依据，这不仅具有重要的学术意义，而且具有重要的工程价值。
本文的研究内容主要由以下三个部分组成：
第一部分，不含门槛值的疲劳寿命预估。根据连续介质损伤力学的基本理论，在不可逆过程热力学分析基础上，建立新型分式型损伤演化方程。将传统裂纹看作完全损伤单元的集合，建立平面问题 型裂纹裂纹尖端渐近场的控制方程和边界条件。并且结合边界条件推导得出包含裂纹扩展各个阶段的裂纹扩展速率方程，以此为基础提出疲劳全寿命的预估方法。利用LY12CZ板材的试验结果作算例分析，比较裂纹扩展速率的理论结果与试验结果，分析误差来源以及该理论的正确性。在确定该方法有效的基础上，预估疲劳全寿命并与试验结果比较。
第二部分，内含门槛值的疲劳寿命预估。对第一部分的演化方程进行改进。建立了内含应力门槛值的损伤演化方程，并沿用第一部分的分析体系，推导得出裂纹扩展速率方程。提出改进后的疲劳全寿命预估方法。作算例分析，通过裂纹扩展速率理论结果与试验结果的比较，分析误差来源以及损伤理论的正确性。通过预估寿命与试验测得寿命的比较，分析该算法的精度并分析误差产生的原因。最后预估指定材料构件的疲劳全寿命。
第三部分，从弹塑性本构关系出发，探讨一种疲劳寿命预估方法。根据损伤力学与塑性力学的基本理论，建立弹塑性损伤演化方程。在裂纹尖端进行弹塑性渐近场分析，推导得出类似Paris公式的裂纹扩展速率公式。在此基础上，利用有限元法与断裂力学方法分别计算裂纹的萌生寿命与裂纹的扩展寿命，最终得到疲劳全寿命。