基于斷裂力學的機械零件壽命預測的模糊可靠性研究.pdf

1、斷裂力學是固體力學近代發(fā)展的一個分支,它將裂紋作為損傷,建立起描述含裂紋構(gòu)件的應力應變場的方法,給出了構(gòu)件的斷裂準則和裂紋擴展規(guī)律.上個世紀80年代,人們開始將斷裂力學理論用于構(gòu)件的壽命預測,使壽命預測理論得到了迅速的發(fā)展,但也遇到了許多有待解決的問題,例如,對缺陷和裂紋的定量描述,目前廣泛采用的無損檢測技術(shù)還不能提供很準確的信息;還沒有一套完整的理論描述裂紋擴展行為的不確定性;人們對裂紋擴展行為認識的也不夠完善等.為了描述裂紋擴展行為

2、的不確定性,人們開始將可靠性理論引入到斷裂力學的研究中,用概率模型描述各參數(shù)和裂紋擴展行為的隨機特性,并取得了一定的成果.然而,隨著人們對斷裂力學研究的不斷深入,發(fā)現(xiàn)構(gòu)件的斷裂行為不僅存在隨機性,而且還存在著廣泛的模糊性,尤其是初始裂紋的確定更是如此,這就促進了模糊概率斷裂力學的發(fā)展.用隨機理論描述不確定性,用模糊理論描述由于人的參與而引起的不精確性,目前,這方面的研究還不多.該文基于現(xiàn)有這方面的研究成果,探討了將模糊可靠性與斷裂力學相

3、結(jié)合進行壽命預測的可能性以及一般方法,其主要工作如下:(1)從總體擬合效果出發(fā),利用數(shù)值模擬方法,定量的指出了傳統(tǒng)確定數(shù)據(jù)分布函數(shù)方法的不足,提出了一種新的用于確定裂紋擴展數(shù)據(jù)分布類型的方法,這種方法將通過中位秩或平均秩計算得到的概率值模糊化,采用模糊線性回歸技術(shù),比較了7中概率分布類型函數(shù)對樣本數(shù)據(jù)的擬合效果,并以2024-T351材料的CT試樣的裂紋擴展數(shù)據(jù)為例,驗證了這種方法的有效性.結(jié)果表明,一定載荷循環(huán)次數(shù)下的裂紋擴展尺寸和一

4、定應力強度因子變程下的裂紋擴展速率較好地服從對數(shù)正態(tài)分布.(2)在現(xiàn)有文獻的基礎上,深入探討了加權(quán)函數(shù)法在確定應力強度因子中的應用.利用曲線擬合有限元分析結(jié)果獲得了各種長寬比的有限尺寸平板2維直線邊緣穿透裂紋和中心穿透裂紋的應力強度因子表達式,并將計算結(jié)果與有關文獻比較,表明這種方法是行之有效的.(3)總結(jié)并發(fā)展了有關文獻中關于確定初始裂紋尺寸和臨界裂紋尺寸模糊隨機特性的方法.給出了初始裂紋檢測尺寸的隸屬函數(shù)的確定方法.(4)提出了一種

5、模糊隨機加權(quán)回歸方法,這種方法可以有效地消除試驗數(shù)據(jù)異常點對直線回歸的影響,并將其用于裂紋擴展速率曲線的確定中.(5)介紹了隨機過程在進行裂紋擴展壽命可靠性分析中的應用,并探討了模糊隨機過程在這方面應用的可行性.(6)利用該文得到的概率裂紋擴展速率曲線和模糊概率裂紋擴展速率曲線,綜合各種不確定性因素,通過模糊線性回歸,得到模糊概率—裂紋擴展速率—應力強度因子變程曲線,并在此曲線的基礎上,提出了一種裂紋擴展壽命模糊可靠性分析方法,并給出了