力学大会2015集基于能量密度法的纤维金属层板微动疲劳寿命

平学成2),朱增辉,,(华东交通大学机电，南昌关关式实数得到预测中待参数采用型N动伤则铝厚度纤层度层对度桥圆半动置和的响纤金属层动议为板连疲劳论 纤维金属层板(FibreMetalF)是由薄的金属层和纤维增强复合材料层组成的混杂复合材料层板；该结构是由荷兰Dlft理工大学在上世纪70年代发Fokr飞经不断的发纤维金属层板作为一种性能优良的新型复综合了金属材料和纤维复合材料的优补了单仅劳还有较高的比强度和比刚连接中（如铆导致微动疲劳裂纹在接触界面端附近萌生和扩大幅度降低，导致整个结构失效，甚至发生性。所以，研究其微动疲劳特性，并准确的预测其微动疲劳，对指导层板结构设计和增加服役安全性都具有重要目前，人们对纤维金属层板的研究内容主要有：方法和力学性能表征[1,2]、纤维金属层板剩余强度和损伤问题的研究[3,应变响应、刚度变化，模拟了钉孔损伤发展过程；Rijck等[10]建立了铆钉头直径和高度-Ryan等[13]了纤维金属层板蒙皮铆接孔附近的力学行为，了板材料、纤维层刚度索影响微动疲劳的因素，建立预测疲劳的方法。 通讯作者：平学成(1975-),男，黑龙江人,教授,博士,从事机械机构强度研究(E-mail: 下而产应力(或主应变)的方向和幅值随时间变化而动远场载动接触应动疲劳的预测需要考虑多轴应力状态本拟用基于应变能的多轴疲劳理论预测纤维金属层板的微动疲劳根据临界平面内的应力和应变分量确定S(Sith-tonToppr)和N(NtaOgtt-21]。首先，通过纤维金属层板微动疲劳实验确定疲劳预测的材料参数，然后考疲劳的影响。 zzyxSy◻y◻θx1纤维金属层板试样和表面坐标旋图1()为一个纤维金属层板试件示意图轴为试轴与试件的外法线平行对有限元模型进行分析时假个分析步计算得到最后一个分析步 εxxγxyγxzσ= ,ε=

yz yz y平面(逆时针)绕z轴成θ角，然后第二次逆时针旋转新的x轴使z轴与z轴成ϕ角。坐旋转可通过一个矩阵来转换，在新的x-y-z坐标系中，应力应变可表示为ε'MTεM,σ'M

MM

sinθsinϕ

M M 0cosϕ 0

(cos2ϕsin2 sin sin y' εsin2ϕεcos2ϕε z' σsinϕτx

(cos2ϕsin2 sinϕcos sinϕcos y' σsin2ϕσcos2ϕσ2 z' 设角度增量Δϕ=1o0oϕ180o。这样接触面上所有节点在每一个载荷步下都有180度。最向应变幅所在的平面作为临界平面，考虑了临界平面内的应力和应变。改进的SWT损伤参量可以描述为在一个载荷循环外载荷中最大的法向应力σn,max和法向应变幅 ε/2(σ)f2(2N)bσε f

)b

载荷作用下的I型裂纹问题，将法向应变能密度作为疲劳损伤参量，即将最向应力幅σ1/2和最向应变程ε1的乘积作为一种损伤参量来计算疲劳：W=σ1ε=AN-

1量，即最大剪切应力变程τ12和最大剪切应变程γ12的乘积作为计算疲劳的损伤

W=τγ=AN- 22预测模型中材料常数的确zzxyyx66r866r83压块 Fig.4Theschematicillustrationoffrettingfatigue图5疲劳试验机和试件装

6由于采用了纤维层层板试件一般只在铝合金层开图7开标卡尺测测得试件产生裂纹的位置距为裂纹与桥足接触外端部的距离。为了避免偶然性每个载荷级测量5个试样的开裂位置和疲劳结果见表1很显然随着最大载荷Smax铝合金层开裂循环数呈下降试件侧面置于显微镜过显微镜观察到试件在厚度方向的开开裂角度如图8约为88图7和图8（裂纹产生处）的微动磨损比接触内端部及其它地方都要严这是因为这里是桥足和试件之间过过渡区是主要的微动磨损动疲劳裂纹萌生的主要区域。 图7断裂位置的测 图8铝层裂纹沿厚度的方试件编

表1

实测循 yyxS9属性值铝合金提取桥足接触路径上的每个节点，分别采用临界平面法计算ST和NK损伤参量值，根据接触路径上的损伤参数幅值和临界平面所在的角度即可判断开裂位置和开裂角度。接触路径上的损伤参量如图0所示，T参数和I型N