Континуальный подход к многоцикловой усталости. Полный срок службы со случайной историей нагружения


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Рассматривается континуальный подход для описания многоцикловой усталости, когда срок службы изделия конечен. Предложено использовать эволюционную модель накопления усталостных микроповреждений в стохастической постановке. Данный подход позволяет учитывать стохастический разброс параметров повторяющегося нагружения. В рамках этого подхода срок службы изделия (время его жизни) отождествляется с началом разрушения материала, а случайный процесс нагружения описывается с помощью стохастических дифференциальных уравнений. Основное предположение состоит в том, что распределение срока службы изделия подчиняется логнормальному распределению или распределению Вейбулла. Представленная методика позволяет оценить сам процесс нагружения, сформировать реализацию такого нагружения и найти численное приближение по сроку службы изделия. Для демонстрации метода приводится численный пример, в котором рассматривается одномерная начальная задача определения времени жизни образца при его неотнулевом синусоидальном циклическом нагружении растяжением-сжатием, зашумленном винеровским стохастическим процессом. Поставленная задача решена численно для пятидесяти реализаций, в результате чего ответ дан в вероятностной формулировке, позволяющей более осознанно назначать запас прочности.

Об авторах

Heikki Orelma

Tampere University

Email: Heikki.Orelma@tuni.fi
доктор наук 4, Kalevantie, Tampere, 33100, Finland

Список литературы

  1. Bolotin V., Mechanics of Fatigue, CRC Mechanical Engineering Series, CRC Press, Boca Raton, 1999
  2. Suresh S., Fatigue of Materials, Cambridge University Press, Cambridge, 1998
  3. Murakami Y., Metal Fatigue. Effects of Small defects and Nonmetallic Inclusions, Elsevier Science, Amsterdam, 2002
  4. Sines G., Failure of materials under combined repeated stresses with superimposed static stresses, Tech. Rep. 3495, NACA, Washington, USA, 1955
  5. Findley W., "A theory for the effect of mean stress on fatigue of metals under combined torsion and axial load or bending", J. Eng. Ind., 81:4 (1959), 301-305
  6. Dang Van K., "Macro-micro approach in high-cycle multiaxial fatigue", Advances in Multiaxial Fatigue, Americal Society for Testing and Materials, 1191, eds. D. McDowell, J. Ellis, ASTM International, West Conshohocken, PA, 1993, 120-130
  7. Carpinteri A., Spagnoli A., "Multiaxial high-cycle fatigue criterion for hard metals", Int. J. Fatigue, 23:2 (2001), 135-145
  8. Papadopoulos I. V., "Long life fatigue under multiaxial loading", Int. J. Fatigue, 23:10 (2001), 839-849
  9. Ottosen N., Stenström R., Ristinmaa M., "Continuum approach to high-cycle fatigue modeling", Int. J. Fatigue, 30:6 (2008), 996-1006
  10. Brighenti R., Carpinteri A., Vantadori S., "Fatigue life assessment under a complex multiaxial load history: an approach based on damage mechanics", Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct., 35:2 (2012), 141-153
  11. Brighenti R., Carpinteri A., Corbari N., "Damage mechanics and Paris regime in fatigue life assessment of metals", Int. J Pres. Ves. Pip., 104 (2013), 57-68
  12. Holopainen S., Kouhia R., Saksala T., "Continuum approach for modeling transversely isotropic high-cycle fatigue", Eur. J. Mech. A-Solid, 60 (2016), 183-195
  13. Ottosen N., Ristinmaa M., Kouhia R., "Enhanced multiaxial fatigue criterion that considers stress gradient effects", Int. J. Fatigue, 116 (2018), 128-139
  14. Weibull W., A statistical theory of strength of materials, Ingeniörsvetenskapsakademiens handlingar, 151, Generalstabens Litografiska Anstalts Förlag, Stockholm, 1939
  15. Bomas H., Linkewitz T., Mayr P., "Application of a weakest-link concept to the fatigue limit of the bearing steel SAE 52100 in a bainitic condition", Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct., 22:9 (1999), 733-741
  16. Böhm J., Heckel K., "Die Vorhersage der Dauerschwingfestigkeit unter Berücksichtigung des statistischen GröЯeneinflusses", Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 13:4 (1982), 120-128 (In German)
  17. Flaceliere L., Morel F., "Probabilistic approach in high-cycle multiaxial fatigue: volume and surface effects", Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct., 27:12 (2004), 1123-1135
  18. Wormsen A., Sjödin B., Härkegard G., Fjeldstad A., "Non-local stress approach for fatigue assessment based on weakest-link theory and statistics of extremes", Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct., 30:12 (2007), 1214-1227
  19. Nieslony A., Macha E., Spectral Method in Multiaxial Random Fatigue, Lecture Notes in Applied and Computational Mechanics, 33, Springer, Berlin, Heidelberg, 2007
  20. Kratz M. F. Level crossings and other level functionals of stationary Gaussian processes, Probab. Surveys, 2006, vol. 3, pp. 230-288, arXiv: math/0612577 [math.PR]. doi: 10.1214/154957806000000087.
  21. Frondelius T., Kaarakka T., Kaleva O., Kouhia R., Orelma H., Vaara J., "Continuum model for fatigue", 2019 (to appear) (In Finnish)
  22. Frondelius T., Kaarakka T., Kouhia R., Mäkinen J., Orelma H., Vaara J., "Evolution equation based high-cycle fatigue model with stress history modelled as stochastic process", Proc. of 31st Nordic Seminar on Computational Mechanics - NSCM31, 2018
  23. Jussila J., Holopainen S., Kaarakka T., Kouhia R., Mäkinen J., Orelma H., Ottosen N., Ristinmaa M., Saksala T., "A new paradigm for fatigue analysis - evolution equation based continuum approach", Rakenteiden Mekaniikka = Journal of Structural Mechanics, 50:3 (2017), 333-336
  24. Kaleva O., Kouhia R., Orelma H., "Continuum approach to high-cycle fatigue: Weibull distributed lifetime", Advanced Problems in Mechanics (APM 2019), Proc. of International Summer School-Conference (June 24-29, 2019, St. Petersburg, Russia), St. Petersburg, 2019 (to appear)
  25. Shampine L. F., "Solving $0= F (t, y (t), y'(t))$ in Matlab", J. Numer. Math., 10 (2002), 291-310
  26. Jazwinski A., Stochastic processes and filtering theory, Dover Publications, Mineola, NY, 2007
  27. Nelson W., Accelerated Testing: Statistical Models, Test Plans, and Data Analysis, Wiley Series in Probability and Statistics, Wiley, New York, 1990
  28. Johnson N., Kotz S., Balakrishnan N., Continuous Univariate Distributions, v. 1, Wiley, New York, 1994

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Самарский государственный технический университет, 2019

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).