题目：基于损伤力学方法的带板连接件疲劳寿命预估

本文基于损伤力学理论，分别采用损伤力学的闭合解法和数值解法对带板连接件结构的疲劳寿命进行分析。重点在于建立了预估构件在变幅谱载作用下疲劳寿命的损伤力学—有限元数值解法计算平台。主要分为以下两个部分：第一部分：首先，引入一种分式形式的损伤演化方程来研究带板连接件的损伤演化过程。根据标准试件中值疲劳试验数据，分别确定了带板和壁板所对应的损伤演化方程中的材质参数。其次，利用ANSYS软件建立三维接触有限元分析模型，得到带板连接件的应力场。通过几种典型载荷情况下的应力计算，揭示了孔边危险点应力与外载荷呈线性的关系。借助该关系由载荷谱得到危险点的应力谱，为采用损伤力学方法预估构件疲劳寿命节省了大量时间。对应力谱中超出材料屈服极限的应力进行弹塑性修正，并整理载荷谱使之低应力与高应力成对出现。然后根据带板和壁板孔边危险部位所对应的各自的应力集中系数，通过插值确定了带板连接件中带板和壁板所对应的初始损伤度，根据闭合解法原理预估了谱载荷作用下带板连接件的疲劳裂纹萌生寿命。第二部分：采用损伤力学—有限元数值解法预估谱载下带板连接件的疲劳裂纹萌生和扩展寿命。首先，基于计及损伤耦合效应的损伤力学—变刚度有限元法，借助FORTRAN和ANSYS二次开发语言APDL工具，建立了预估构件在变幅载荷谱作用下疲劳寿命的损伤力学—有限元数值解法计算平台。给出了基于该平台的预估构件在谱载作用下疲劳裂纹萌生寿命和疲劳裂纹扩展寿命的程序设计流程。并研究了该平台下闭合解法确定的参数在数值解法中的适用性。其次，根据损伤力学—有限元数值解法计算平台对带板连接件在谱载荷作用下的疲劳裂纹萌生寿命和扩展寿命进行了预估。研究了损伤度和弹性模量随载荷循环次数的变化过程，计算了疲劳裂纹萌生寿命以及裂纹分别扩展一个单元和两个单元所对应的扩展寿命，给出了裂纹扩展路径。并对计算过程中选取的步长做了收敛性验证。