● 摘要
随着产品使用环境越来越复杂，具有耗损型机理的产品在使用过程中除了受到正常疲劳载荷之外，往往还遭受由外部环境载荷造成的冲击作用。产品在复杂的疲劳载荷作用下，疲劳损伤的计算本就复杂；而与此同时，由于冲击载荷造成的损伤和疲劳载荷造成的疲劳损伤相互耦合、相互影响，使得产品损伤的演化和破坏机理变得更加复杂。为了更加精确地评价产品的寿命，必须要将疲劳损伤和冲击损伤过程结合在一起考虑其耦合关系，因此研究如何建立理论完备且在工程上实用的、基于耦合机理的疲劳-冲击综合损伤的计算模型是一个重要的研究课题。
本文在深入研究疲劳和冲击失效机理相关理论和方法的基础上，针对金属材料产品，研究疲劳损伤机理和冲击失效机理之间的耦合关系。首先对疲劳分析方法和冲击模型进行归纳分析，确定将应力应变疲劳分析法和赋予物理意义后的统计冲击模型作为机理耦合分析的基础。然后根据载荷与屈服极限的关系，将研究范围确定为高周疲劳-低强度冲击和低周疲劳-高强度冲击耦合分析。之后基于名义应力法和动态应力-强度干涉理论，建立了高周疲劳-低强度冲击耦合模型；基于局部应力应变法、疲劳参数估计模型和断裂力学理论，建立低周疲劳-高强度冲击耦合模型。最后分别对两个耦合模型进行不确定性扩展，建立考虑随机性的耦合机理寿命模型。
本文以航空机载产品中的某作动器为实例研究对象，分别将高周疲劳-低强度冲击耦合模型以及低周疲劳-高强度冲击耦合模型应用于作动筒组件和接头组件的寿命评估中。根据确定性耦合模型，分别得到了给定疲劳和冲击载荷下，筒体和接头的寿命；根据不确定性耦合模型，仿真得到它们的可靠度曲线。最后将计算结果与不考虑冲击耦合时进行对比，分析了耦合模型的必要性。本文得到了基于机理耦合的寿命分析方法，是机载产品仿真试验理论寿命计算方法的重要组成部分，可进一步为设计加速寿命试验方案提供理论依据。