6、机械工程领域的研究进展：疲劳寿命、热传递与轨道振动分析

机械工程领域的研究进展：疲劳寿命、热传递与轨道振动分析

1. 周向缺口圆棒的低周疲劳寿命估算

1.1 不同方法的寿命估算结果

在低周疲劳（LCF）寿命估算方面，主要采用了有限元分析（FEA）和弹塑性断裂力学（EPFM）两种方法，并与实验结果进行对比。以下是室温及 823K 下不同应变幅值对应的实验、FEA 和 EPFM 估算的 LCF 寿命：
|温度|应变幅值（%）|实验值|FEA|EPFM|
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
|室温|±0.4|605|705|576|
|室温|±0.6|281|318|309|
|室温|±0.8|137|190|194|
|823K|±0.4|550|184|778|
|823K|±0.6|218|47|222|
|823K|±0.8|98|21|123|

从这些数据可以看出，室温下有限元方法预测的寿命与实验值大致相等，但在 823K 时偏差显著。而 EPFM 方法在室温及 823K 下，估算寿命与实验值的偏差在 1.14 倍以内。

1.2 有限元分析方法

有限元方法是估算局部应力和应变幅值以预测寿命的常用且灵活的方法。在 LCF 条件下，材料会产生塑性应变，因此需进行非线性分析。本研究采用了 Chaboche 提出的与速率无关的运动硬化和各向同性硬化相结合的非线性塑性模型，利用 ANSYS 计算缺口根部的应力和应变值。该模型使用相关流动法则和 von Mises 屈服准则，模型中的常数通过对实验塑性应变和真实应力进行曲线拟合得到。
mermaid 图展示有限元分析流程