基于斷裂力學(xué)的機(jī)械零件壽命預(yù)測(cè)的模糊可靠性研究.pdf

1、斷裂力學(xué)是固體力學(xué)近代發(fā)展的一個(gè)分支,它將裂紋作為損傷,建立起描述含裂紋構(gòu)件的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)的方法,給出了構(gòu)件的斷裂準(zhǔn)則和裂紋擴(kuò)展規(guī)律.上個(gè)世紀(jì)80年代,人們開(kāi)始將斷裂力學(xué)理論用于構(gòu)件的壽命預(yù)測(cè),使壽命預(yù)測(cè)理論得到了迅速的發(fā)展,但也遇到了許多有待解決的問(wèn)題,例如,對(duì)缺陷和裂紋的定量描述,目前廣泛采用的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)還不能提供很準(zhǔn)確的信息;還沒(méi)有一套完整的理論描述裂紋擴(kuò)展行為的不確定性;人們對(duì)裂紋擴(kuò)展行為認(rèn)識(shí)的也不夠完善等.為了描述裂紋擴(kuò)展行為

2、的不確定性,人們開(kāi)始將可靠性理論引入到斷裂力學(xué)的研究中,用概率模型描述各參數(shù)和裂紋擴(kuò)展行為的隨機(jī)特性,并取得了一定的成果.然而,隨著人們對(duì)斷裂力學(xué)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(jī)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(jìn)了模糊概率斷裂力學(xué)的發(fā)展.用隨機(jī)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(xué)相

3、結(jié)合進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)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(kuò)展數(shù)據(jù)分布類(lèi)型的方法,這種方法將通過(guò)中位秩或平均秩計(jì)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(lèi)型函數(shù)對(duì)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(kuò)展數(shù)據(jù)為例,驗(yàn)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(kuò)展尺寸和一

4、定應(yīng)力強(qiáng)度因子變程下的裂紋擴(kuò)展速率較好地服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布.(2)在現(xiàn)有文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,深入探討了加權(quán)函數(shù)法在確定應(yīng)力強(qiáng)度因子中的應(yīng)用.利用曲線擬合有限元分析結(jié)果獲得了各種長(zhǎng)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(yīng)力強(qiáng)度因子表達(dá)式,并將計(jì)算結(jié)果與有關(guān)文獻(xiàn)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(guān)文獻(xiàn)中關(guān)于確定初始裂紋尺寸和臨界裂紋尺寸模糊隨機(jī)特性的方法.給出了初始裂紋檢測(cè)尺寸的隸屬函數(shù)的確定方法.(4)提出了一種

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