● 摘要
在很多实际工程应用中，结构需要承受循环载荷作用。本文以含孔薄腹板的梁板结构为研究对象，采用损伤力学方法，研究其在疲劳载荷作用下，考虑屈曲和后屈曲时结构的疲劳破坏特性，通过APDL语言对ANSYS软件进行二次开发，建立结构疲劳裂纹萌生寿命数值解法，研究结构屈曲后屈曲时损伤场与应力应变场的耦合作用。主要工作包括以下几个方面： 研究内容有三部分构成。第一部分通过有限元法，在ANSYS有限元软件平台上对结构件进行了线性特征值屈曲分析，计算了构件在给定载荷方式下的屈曲模态，其次考虑到材料非线性和几何非线性，对结构进行了非线性屈曲分析，研究在整个加载过程中的失稳特征。获得结构各局部屈曲部位以及屈曲模态。 第二部分主要对梁板结构进行屈曲、后屈曲的损伤分析。在给定载荷情况下，在考虑材料非线性和几何非线性的基础上，计算分析了结构在屈曲后屈曲状态下的应力应变。引入损伤力学等效应力和损伤演化方程，通过对单元损伤力学等效应力的计算，确定了结构的疲劳损伤危险部位。为后来的损伤力学—有限元法奠定了基础。 第三部分主要研究结构在失稳状态下，疲劳寿命的损伤力学—有限元数值解法。利用APDL语言对ANSYS软件进行二次开发，实现损伤力学—有限元法的数值解法。首先通过一个简支板的算例，说明了屈曲与疲劳间的相互作用。构件在循环载荷下，材料由于损伤而刚度下降，刚度的下降会影响结构件的屈曲模态以及临界载荷，从而改变结构应力应变场的分布。应力应变场分布的改变又会反过来影响材料的损伤。即材料的失稳与损伤之间存在着耦合关系。其次在此计算方法的基础上，运用损伤力学—有限元数值解法分析了结构件失稳特性与疲劳损伤的耦合作用，对结构件在屈曲后屈曲状态下进行了疲劳裂纹萌生寿命预估。并分析了整个疲劳损伤的过程中，结构件受力的变化规律，详细的分析并描述了损伤场与应力应变场的耦合作用。 综上所述，本文的工作主要为基于损伤力学方法，对金属构件在循环载荷下，失稳与损伤的耦合作用以及疲劳裂纹萌生寿命预估进行了计算。提高了结构在屈曲后屈曲下疲劳寿命的可预估性。