D 为损伤(D 等于 1 时理论上对应于失效),n i 和 N i 分别为第 i 个恒幅应力水平 σ i 施加的循环数和失效循环数。由于其内在的简单性,Miner 规则已成为基于耐久性方法的金属结构疲劳设计的行业标准。它已被用于领先的钢结构设计标准,如 EN 1993-1-9:2005 [ 3 ]、DNVGL-RP-C203:2016 [ 4 ] 和 BS 7608:2014 [ 5 ]。Schütz [ 6 ] 发表了对不同疲劳测试程序及其结果的全面概述和批判性评论。测试程序表明,实验寿命与 Miner 规则预测的寿命之间存在很大差异。对于从低到高 ( σ 1 < σ 2 ) 的载荷序列,寿命预测往往比较保守,而对于从高到低的载荷序列 ( σ 1 > σ 2 ),寿命预测往往比较不保守。对于随机载荷谱,非保守方面的 10 倍及以上的因子并不罕见。因此,尽管 Miner 规则被广泛使用,但它仍存在许多缺点。主要缺陷是其载荷水平独立性、载荷序列独立性以及没有考虑裂纹尖端塑性引起的载荷相互作用效应 [ 7 ]。Schijve [ 8 ] 还提到,它无法解释具有
为了在可接受的仿真时间内获得准确的寿命评估结果,以满足全生命周期设计标准,本文提出了一种基于循环神经网络 (RNN) 的模型来替代 Simulink 模型。首先建立永磁同步发电机 (PMSG) 的平均开关 (AS) 模型和平均基波 (AF) 模型来计算累积损伤。然后,在相同的任务概况下,计算并比较 AS 和 AF 模型的结温、雨流计数和累积损伤。可以看出,AS 模型可以更准确地计算组件的可靠性,因为该模型既考虑了负载变化引起的大热循环,也考虑了基波交流电流引起的小热循环。然而,与 AF 模型相比,它耗费更多时间。为此,提出使用 RNN 模型来替代系统可靠性评估程序中最耗时的部分。借助所提出的模型,与 Simulink 模型相比,可以大大减少所耗时间。最后,通过一个1小时的案例验证了RNN模型的有效性。测试用例的平均绝对百分比误差(MAPE)为0.51%,RNN模型得出结果的时间小于1秒。此外,还实施了一个年度案例来验证RNN模型,全年平均MAPE为0.78%。
使用模拟船舶服役历史的可变载荷历史对船舶建造中常见的焊接结构细节进行了一系列广泛的疲劳试验。这项研究的结果表明,线性累积损伤概念可以预测测试结果,但没有研究小应力范围事件的重要性,因为小于 68 MPa (10 ksi) 应力范围的事件被从开发的船舶历史中删除,以减少测试所需的时间。观察到了平均应力的明显影响,但结果并未证实样本尺寸效应的存在。
新的疲劳寿命预测框架为缺口梁模型在统计和频谱相似的不规则变幅载荷下提供了更好的寿命预测。它通过修改应力-振幅历史的概率密度函数,使累积损伤规则能够解释载荷序列效应,方法是 (1) 基于雨流计数算法识别过载; (2) 过载延迟效应的分析表征; (3) 使用过载振幅速率表征校正损伤规则。将根据实验获取和合成生成的载荷时间历史估计的疲劳寿命与通过定性再现物理实验中疲劳寿命的模拟生成的疲劳寿命进行比较。预测精度的显著提高优于 Palmgren-Miner 规则和基于功率谱的寿命估计。对现场加速度数据的演示应用证实了其在役结构健康监测和损伤预测中的应用。该框架不需要事先了解施加的负载,并且可以应用于具有已知结构和缺陷特性的其他工程结构。
新的疲劳寿命预测框架可在统计和频谱相似的不规则变幅载荷下为缺口梁模型提供更好的寿命预测。它通过修改应力-振幅历史的概率密度函数,使累积损伤规则能够解释载荷序列效应,方法是 (1) 基于雨流计数算法识别过载;(2) 分析表征过载延迟效应;(3) 使用过载振幅率表征校正损伤规则。将根据实验获取和合成生成的载荷时间历史估计的疲劳寿命与根据定性再现物理实验中疲劳寿命的模拟生成的疲劳寿命进行比较。预测精度的显著提高优于 Palmgren-Miner 规则和基于功率谱的寿命估计。对现场加速度数据的演示应用证实了其可用于在役结构健康监测和损伤预测。该框架不需要预先了解所施加的负载,并且可以应用于具有已知结构和缺陷特性的其他工程结构。
我们提出了一种新颖的物理信息神经网络建模方法,用于腐蚀疲劳预测中的偏差估计。混合方法旨在将深度神经网络中的物理信息层和数据驱动层合并。结果是一个累积损伤模型,其中物理信息层用于模拟相对容易理解的现象(通过 Walker 模型进行裂纹扩展),数据驱动层用于解释难以建模的物理现象(即由于腐蚀导致的损伤累积偏差)。使用数值实验来展示所提出的物理信息神经网络在损伤累积方面的主要特征。测试问题包括预测飞机机翼面板上使用的 Al 2024-T3 合金的腐蚀疲劳。除了循环载荷外,面板还受到盐水腐蚀。物理信息神经网络使用对输入的全面观察(远场载荷、应力比和腐蚀性指数 - 每个机场定义)和对输出的非常有限的观察(仅对一小部分机队进行检查时的裂纹长度)进行训练。结果表明,物理信息神经网络能够学习原始疲劳模型中由于腐蚀而导致的修正,并且预测足够准确,可以对机队中不同飞机的损坏进行排名(可用于确定检查优先级)。
我们提出了一种新颖的物理信息神经网络建模方法,用于腐蚀疲劳预测中的偏差估计。混合方法旨在将深度神经网络中的物理信息层和数据驱动层合并在一起。结果是一个累积损伤模型,其中物理信息层用于模拟相对容易理解的现象(通过 Walker 模型的裂纹扩展),数据驱动层用于解释难以建模的物理现象(即由于腐蚀导致的损伤累积偏差)。数值实验用于展示所提出的物理信息神经网络在损伤累积方面的主要特征。测试问题包括预测用于飞机机翼面板的 Al 2024-T3 合金的腐蚀疲劳。除了循环载荷外,面板还受到盐水腐蚀。物理信息神经网络使用对输入的全面观察(远场载荷、应力比和腐蚀性指数 - 按机场定义)和对输出的非常有限的观察(仅对一小部分机队进行检查时的裂纹长度)进行训练。结果表明,物理信息神经网络能够学习原始疲劳模型中由于腐蚀而产生的修正,并且预测足够准确,可以对机队中不同飞机的损坏情况进行排名(可用于确定检查的优先顺序)。
对电子束粉末床熔合 (PBF-EB) 和激光粉末床熔合 (PBF-LB) Inconel 718 的疲劳裂纹扩展行为进行了比较研究。PBF-EB Inconel 718 的裂纹遵循穿晶路径,扩展速度更快,而 PBF-LB 的裂纹遵循沿晶和穿晶路径的组合,其扩展速度较慢,与锻造对应物相当。PBF-EB Inconel 718 中的主疲劳裂纹在微观尺度上呈现锯齿状路径,由于加工硬化率非常低,裂纹表面附近有密集的滑移痕迹。基于裂纹尖端场的数字图像相关 (DIC) 分析,可以使用应变能密度标准成功预测 PBF-EB Inconel 718 中的疲劳裂纹锯齿路径,该标准规定裂纹扩展遵循从裂纹尖端到弹塑性边界的最小距离方向。对于 PBF-LB Inconel 718,主要的疲劳裂纹在低 Δ K 时是直的,但在中和高 Δ K 范围内发生严重偏转。初始晶间裂纹和主裂纹路径偏转之间存在明显的相关性。这表明,一旦裂纹尖端周围塑性区的累积损伤达到临界值,晶间裂纹就会形成疲劳裂纹的新前沿,导致主裂纹路径偏转。基于DIC的裂纹尖端场分析得出的弹塑性断裂力学参数rp和ΔCTOD可以定性预测PBF-LB Inconel 718的较低裂纹扩展速率。
3.6.2 裂纹扩展................................................................................................................59 3.6.3 临界裂纹长度或失效...............................................................................................61 3.7 安全寿命和故障安全定义及设计理念........................................................................62 3.7.1 安全寿命设计.............................................................................................................63 3.7.2 故障安全设计和损伤容限分析.........................................................................................64 3.7.2.1 安全寿命和故障安全设计的简要示例.........................................................................64 3.8 焊接和裂纹起始点的介绍....................................................................................................66 3.8.1 残余应力.............................................................................................................................67 3.8.2 焊接缺陷.............................................................................................................................68 3.8.3 应力集中.............................................................................................................................68 3.8.4 钢和合金中的裂纹起始点....................................................................................................69铝................................................................................69 3.8.5 铝制零件的补焊....................................................................................70 3.9 高速船用新型铝合金及焊接技术........................................................70 3.9.1 新型海洋级铝合金,牌号 5383.........................................................................70 3.9.1.1 5383 的疲劳强度.........................................................................................................72 3.9.2 新型海洋级铝合金,牌号 RA7108.........................................................................74 3.9.3 新型海洋级铝合金 5059.........................................................................................76 3.9.4 搅拌摩擦焊接.........................................................................................................77 3.10 参考文献.........................................................................................................................79 4.DNV 和其他行业疲劳分析标准.........................................................................................115 5.1 DNV 高速船疲劳分析分类说明 30.9 ................................116 5.2 协助船舶设计师的其他行业标准.....................................................118高速铝船的疲劳设计................................................................................................................81 4.1 Palmgren-Miner 累积损伤疲劳评估....................................................................................82 4.2 确定要分析的细节................................................................................................................84 4.3 加载历史的开发................................................................................................................86 4.3.1 船长和速度对高速船加载历史的影响.......................................................................87 4.3.2 用于船舶加载历史的概率分布....................................................................................89 4.3.3 雨流和储层循环计数法....................................................................................................90 4.3.4 雨流循环计数法.............................................................................................................91 4.3.5 储层循环计数法.............................................................................................................91 4.4 应力直方图的开发.....................................................................................................................92 4.4.1 使用频谱分析方法开发应力直方图.....................................................................................93 4.5 应力计算和应力集中................................................................................................95 4.5.1 行业规范中的设计应力...............................................................................................95 4.5.2 关于应力的进一步讨论..............................................................................................96 4.5.2.1 结构中的名义应力.........................................................................................................97 4.5.2.2 结构应力.........................................................................................................................98 4.5.2.3 热点应力.........................................................................................................................100 4.5.2.4 缺口应力.........................................................................................................................100 4.5.2.5 焊接对应力的影响....................................................................................................101 4.5.2.6 制造缺陷及其对名义应力的影响....................................................................................102 4.6 确定适当的 S/N 曲线.....................................................................................................103 4.6.1 程序.....................................................................................................................104 4.7替代应力直方图方法................................................................................................112 4.8 参考文献....................................................................................................................113 5.