本书通过完成1Crl8Ni9Ti管道焊缝金属光滑漏斗形试样系统性的应变控制疲劳试验，研究了低周疲劳短裂纹行为和可靠性分析方法。从疲劳损伤的局部性角度，区别试样表面不同尺度、位置微裂纹对疲劳损伤贡献的差异，引入“有效短裂纹”、“主导有效短裂纹”和“有效短裂纹密度”三个新概念，提出了“有效疲劳短裂纹准则”和“局部逆序观测法”。研究了短裂纹的萌生、扩展行为及其统计演化规律，阐明了疲劳短裂纹群体交互作用与损伤演化的机制，揭示了疲劳性能存在随机性及演化性的本质原因，建立了非线性“主导有效短裂纹”扩展律。克服了国际上对短裂纹群体性、演化性机制模糊不清的缺点。解决了国际上长期未能查明疲劳性能存在随机性原因的难题。为疲劳短裂纹行为及其应用研究，提供了一条较为合理的新思路。

【关键词】 低周疲劳 1Crl8Ni9Ti管道钢 焊缝金属 疲劳短裂纹 可靠性

通过完成1Crl8Ni9Ti管道焊缝金属光滑漏斗形试样系统性的应变控制疲劳试验，研究了低周疲劳短裂纹行为和可靠性分析方法。从疲劳损伤的局部性角度，区别试样表面不同尺度、位置微裂纹对疲劳损伤贡献的差异，引入“有效短裂纹”、“主导有效短裂纹”和“有效短裂纹密度”三个新概念，提出了“有效疲劳短裂纹准则”和“局部逆序观测法”。研究了短裂纹的萌生、扩展行为及其统计演化规律，阐明了疲劳短裂纹群体交互作用与损伤演化的机制，揭示了疲劳性能存在随机性及演化性的本质原因，建立了非线性“主导有效短裂纹”扩展律。克服了国际上对短裂纹群体性、演化性机制模糊不清的缺点。解决了国际上长期未能查明疲劳性能存在随机性原因的难题。为疲劳短裂纹行为及其应用研究，提供了一条较为合理的新思路。

同时，试验发现了循环本构的分散性现象，揭示了这一现象的物理机制，阐明了它与被广泛认识的循环应变 寿命关系分散性一样，是固有的疲劳现象，并基于Ramberg Osgood方程提出了描述这一分散性的统计模型。综合考虑总体拟合效果、与疲劳失效机制的一致性和尾部预测的安全性三原则，提出了确定疲劳数据良好假设分布的统一方法。与ASME规范中的疲劳分析一致，从虚拟应力幅的角度研究了低周疲劳ri丁靠性问题。探索了循环本构存在分散性时s和N都具有随机性的随机S-一N关系统计模型，考虑试验数据整体随机性，提出了测定P_s N曲线的广义极大似然法。该法适用于三参数、Langer和Basquin三种S—N模型以及任何疲劳试验方法得到的s—N数据。然后，综合随机Ramberg—Osgood—Langer—Neuber理论，提出了基于虚拟应力幅的低周疲劳可靠性分析方法。由于现有疲劳分析尚未考虑过循环本构的分散性现象，这一发现为结构疲劳强度理论带来了新课题，推动了疲劳强度理论的发展。

l 绪论

1.1 背景和意义

1.2 研究现状

1.3 本文工作特色与创新成果

2 材料和试验

2.1 材料

2.2 低周疲劳试验

2.3 金相试验和随机硬度试验

2.4 小结

3 短裂纹行为研究Ⅰ——试验观察

3.1 新概念

3.2 短裂纹萌生和扩展

3.3 微观结构障碍尺度

3.4 短裂纹密度效应与短裂纹群体行为

3.5 小结

4 短裂纹行为研究Ⅱ——统计演化特征

4.1 主导有效(短)裂纹尺度的统计演化特征

4.2 寿命分数的统计演化特征

4.3 扩展率的统计演化特征

4.4 小结

5 短裂纹行为研究Ⅲ——基于总应变能密度的扩展律

5.1 扩展律

5.2 应变能密度计算

5.3 试验分析

5.4 小结

6 可靠性分析方法研究Ⅰ——确定有限疲劳数据良好假设分布的统一方法

6.1 总体拟合效果考察

6.2 与疲劳失效机制的一致性考察

6.3 尾部预测的安全性考察

6.4 应用举例

6.5 小结

7 可靠性分析方法研究Ⅱ——估计P-S-N曲线的广义极大似然法

7.1 P-S-N曲线的广义描述

7.2 P-S-N曲线的似然函数

7.3 P-S-N曲线参量求解

7.4 算例1：双随机变量S-N数据

7.5 算例2：成组法试验S-N数据

7.6 算例3：经典极大似然法特定试验S-N数据¨

7.7 小结

8 可靠性分析方法研究Ⅲ——基于虚拟应力幅的可靠性分析方法

8.1 描述随机循环本构关系的统计模型

8.2 描述随机虚拟应力 寿命关系的统计模型

8.3 基于虚拟应力幅的低周疲劳可靠性分析

8.4 应用举例

8.5 小结

9 结论

9.1 材料循环特征性和微观结构条件研究方面

9.2 低周疲劳短裂纹行为方面

9.3 低周疲劳可靠性分析方法方面

9.4 后续有待开展的研究工作

致谢

参考文献