含裂纹构件的振动疲劳损伤预测理论与方法

本书特色

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本书从振动疲劳的观点出发,系统地阐述了含裂纹构件的振动疲劳耦合理论、疲劳寿命估算和裂纹扩展预测方法,完整地总结了著者十年来在振动疲劳理论、计算与试验方面的发展与创新。本书适用于从事动力学设计和抗疲劳设计的工程技术人员参考,并可作为高等院校机械工程或工程力学等相关专业的研究生教学用书。

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内容简介

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适用于从事动力学设计和抗疲劳设计的工程技术人员参考,并可作为高等院校机械工程或工程力学等相关专业的研究生教学用书。

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目录

前言第1章 绪论……………………………………………………………………………………………………1  1.1 振动疲劳的基本概念………………………………………………………………………………………1   1.1.1 结构振动疲劳的定义…………………………………………………………………………………1   1.1.2 飞机结构振动疲劳现象………………………………………………………………………………3   1.1.3 振动疲劳类型及其特点………………………………………………………………………………3   1.1.4 振动疲劳研究主要问题………………………………………………………………………………4  1.2 振动疲劳寿命估算…………………………………………………………………………………………5   1.2.1 振动疲劳试验研究……………………………………………………………………………………5   1.2.2 振动疲劳寿命估算理论………………………………………………………………………………8   1.2.3 尚需解决的难题………………………………………………………………………………………9  1.3 振动疲劳损伤识别…………………………………………………………………………………………9   1.3.1 振动疲劳损伤识别类型………………………………………………………………………………9   1.3.2 振动疲劳损伤识别方法……………………………………………………………………………10   1.3.3 振动疲劳损伤识别算法……………………………………………………………………………11  1.4 抗振动疲劳设计…………………………………………………………………………………………12   1.4.1 飞机结构抗振动疲劳设计…………………………………………………………………………12   1.4.2 抗振动疲劳设计动力学优化………………………………………………………………………13  参考文献…………………………………………………………………………………………………………14 第2章 基于模态频率的缺口梁裂纹扩展预测………………………………………………………18  2.1 缺口梁的振动疲劳试验…………………………………………………………………………………18   2.1.1 试验件………………………………………………………………………………………………18   2.1.2 试验方法……………………………………………………………………………………………20   2.1.3 试验结果……………………………………………………………………………………………21  2.2 疲劳裂纹扩展理论………………………………………………………………………………………23   2.2.1 裂纹扩展控制曲线…………………………………………………………………………………23   2.2.2 裂纹扩展速率模型…………………………………………………………………………………23   2.2.3 考虑频率的裂纹扩展模型…………………………………………………………………………25  2.3 基于模态频率的裂纹扩展速率模型……………………………………………………………………26   2.3.1 缺口梁裂纹扩展的Paris模型………………………………………………………………………26   2.3.2 基于模态频率的裂纹扩展速率模型………………………………………………………………27   2.3.3 裂纹扩展速率预测误差……………………………………………………………………………29  2.4 基于模态频率的裂纹扩展寿命预测……………………………………………………………………30   2.4.1 裂纹损伤模型………………………………………………………………………………………30   2.4.2 裂纹扩展寿命预测…………………………………………………………………………………31   2.4.3 裂纹扩展寿命预测误差……………………………………………………………………………32  参考文献………………………………………………………………………………………………………… 33 第3章 含横向裂纹弹性梁的刚度模型…………………………………………………………………35 3.1 裂纹分类与断裂模式……………………………………………………………………………………35   3.1.1 裂纹的分类…………………………………………………………………………………………36   3.1.2 裂纹断裂模式………………………………………………………………………………………36  3.2 应力强度因子……………………………………………………………………………………………37   3.2.1 裂纹尖端应力场和位移场…………………………………………………………………………37   3.2.2 应力强度因子的计算………………………………………………………………………………38   3.2.3 疲劳断裂准则………………………………………………………………………………………39  3.3 横向裂纹局部柔度理论…………………………………………………………………………………40   3.3.1 应变能释放率………………………………………………………………………………………40   3.3.2 位能原理……………………………………………………………………………………………41   3.3.3 局部柔度系数………………………………………………………………………………………42   3.3.4 裂纹类型对局部柔度的影响………………………………………………………………………43  3.4 含裂纹弹性梁的刚度模型………………………………………………………………………………46   3.4.1 张开式裂纹梁的刚度模型…………………………………………………………………………46   3.4.2 呼吸式裂纹梁的刚度模型…………………………………………………………………………46  3.5 基于振幅变化的刚度模型………………………………………………………………………………48   3.5.1 含裂纹弹性梁的多项式刚度模型…………………………………………………………………49   3.5.2 振幅变化对刚度的影响……………………………………………………………………………50  3.6 裂纹对弹性构件振动的影响……………………………………………………………………………51  参考文献…………………………………………………………………………………………………………51 第4章 含裂纹悬臂梁的振动疲劳耦合理论…………………………………………………………53  4.1 弹性梁的振动理论………………………………………………………………………………………53   4.1.1 弹性梁的弯曲振动方程……………………………………………………………………………54   4.1.2 弹性梁的自由振动…………………………………………………………………………………54   4.1.3 弹性梁的受迫振动…………………………………………………………………………………56  4.2 含裂纹悬臂梁的特征方程………………………………………………………………………………58   4.2.1 模型描述……………………………………………………………………………………………58   4.2.2 考虑阻尼的弹性梁运动方程………………………………………………………………………59   4.2.3 考虑裂纹扩展的悬臂梁特征方程…………………………………………………………………60  4.3 含裂纹悬臂梁的动力响应………………………………………………………………………………61   4.3.1 裂纹位置的动应力…………………………………………………………………………………61   4.3.2 动应力强度因子……………………………………………………………………………………64  4.4 结构动力学与裂纹扩展耦合理论………………………………………………………………………64   4.4.1 振动疲劳同步分析法………………………………………………………………………………64   4.4.2 振动疲劳失效判据…………………………………………………………………………………65   4.4.3 振动疲劳耦合机理研究……………………………………………………………………………65  参考文献…………………………………………………………………………………………………………68 第5章 呼吸式裂纹梁的振动疲劳耦合理论…………………………………………………………70  5.1 呼吸式裂纹梁的振动分析………………………………………………………………………………70   5.1.1 呼吸式裂纹梁的单自由度模型……………………………………………………………………70   5.1.2 呼吸式裂纹梁的模态频率计算……………………………………………………………………71  5.2 裂纹表面摩擦阻尼……………………………………………………………………………………… 72 5.2.1 裂纹表面摩擦模型…………………………………………………………………………………72   5.2.2 摩擦阻尼损耗因子…………………………………………………………………………………74  5.3 呼吸式裂纹梁的参数振动………………………………………………………………………………76   5.3.1 参数振动方程………………………………………………………………………………………76   5.3.2 增量谐波平衡法……………………………………………………………………………………78   5.3.3 求解方法……………………………………………………………………………………………79  5.4 呼吸式裂纹梁的非线性振动……………………………………………………………………………80   5.4.1 三次非线性振动方程………………………………………………………………………………80   5.4.2 多尺度法求解………………………………………………………………………………………81   5.4.3 含裂纹梁的稳态响应………………………………………………………………………………82   5.4.4 含裂纹梁的非线性幅频响应………………………………………………………………………84  5.5 呼吸式裂纹梁的振动疲劳耦合…………………………………………………………………………87   5.5.1 呼吸式裂纹梁的动应力……………………………………………………………………………87   5.5.2 广义Forman方程……………………………………………………………………………………89   5.5.3 裂纹扩展失效判据…………………………………………………………………………………90   5.5.4 呼吸式裂纹梁的振动疲劳耦合机理研究…………………………………………………………90  参考文献…………………………………………………………………………………………………………92 第6章 含裂纹板的振动疲劳耦合理论…………………………………………………………………94  6.1 含裂纹板的振动建模……………………………………………………………………………………94   6.1.1 弹性板的振动方程…………………………………………………………………………………94   6.1.2 含裂纹板的建模策略………………………………………………………………………………95   6.1.3 含裂纹板振动疲劳耦合模型………………………………………………………………………98  6.2 含裂纹板的振动特性……………………………………………………………………………………99   6.2.1 含裂纹板的单自由度模型…………………………………………………………………………99   6.2.2 含裂纹板的模态频率………………………………………………………………………………101  6.3 含裂纹板的振动非线性…………………………………………………………………………………104   6.3.1 非线性幅频响应方程………………………………………………………………………………104   6.3.2 非线性幅频响应影响因素…………………………………………………………………………106  6.4 含裂纹板的动应力响应…………………………………………………………………………………108   6.4.1 动应力响应计算方法………………………………………………………………………………108   6.4.2 裂纹尖端动应力响应………………………………………………………………………………109  6.5 含裂纹板的振动疲劳耦合机理…………………………………………………………………………110   6.5.1 疲劳裂纹扩展方程…………………………………………………………………………………110   6.5.2 失效准则……………………………………………………………………………………………111   6.5.3 振动疲劳裂纹扩展预测……………………………………………………………………………111  参考文献………………………………………………………………………………………………………113 第7章 加筋构件的振动疲劳寿命试验与估算………………………………………………………115  7.1 加筋构件的振动疲劳寿命试验…………………………………………………………………………115   7.1.1 试验系统……………………………………………………………………………………………115   7.1.2 试验件及其安装……………………………………………………………………………………116   7.1.3 振动疲劳试验方法…………………………………………………………………………………117   7.1.4 试验工况……………………………………………………………………………………………119  7.2.2 振动疲劳寿命影响因素讨论………………………………………………………………………121  7.3 单向双筋板的振动分析…………………………………………………………………………………122   7.3.1 单向双筋板的有限元建模…………………………………………………………………………122   7.3.2 振动响应计算………………………………………………………………………………………123  7.4 单向双筋板的振动疲劳寿命估算………………………………………………………………………126   7.4.1 振动疲劳耦合理论…………………………………………………………………………………126   7.4.2 振动疲劳寿命预测实例……………………………………………………………………………126   7.4.3 误差分析……………………………………………………………………………………………127  参考文献………………………………………………………………………………………………………128 第8章 基于频率的含裂纹梁损伤识别………………………………………………………………130  8.1 基于频率的损伤识别理论………………………………………………………………………………130   8.1.1 频率变化比法………………………………………………………………………………………130   8.1.2 频率平方变化比法…………………………………………………………………………………131  8.2 含裂纹梁的模态频率研究………………………………………………………………………………132   8.2.1 含裂纹梁的运动方程………………………………………………………………………………132   8.2.2 含裂纹梁的模态频率方程…………………………………………………………………………133   8.2.3 裂纹对梁模态频率的影响…………………………………………………………………………135  8.3 基于频率误差的裂纹识别………………………………………………………………………………139   8.3.1 频率误差函数………………………………………………………………………………………139   8.3.2 裂纹识别结果………………………………………………………………………………………140   8.3.3 误差分析与讨论……………………………………………………………………………………142  8.4 基于频率等高线的裂纹识别……………………………………………………………………………144   8.4.1 频率等高线识别原理………………………………………………………………………………144   8.4.2 裂纹识别结果………………………………………………………………………………………145   8.4.3 误差分析与讨论……………………………………………………………………………………150  参考文献………………………………………………………………………………………………………151 第9章 基于模态应变能的含裂纹构件损伤识别……………………………………………………153  9.1 弹性构件的模态应变能…………………………………………………………………………………154   9.1.1 损伤识别模态应变能法……………………………………………………………………………154   9.1.2 弹性梁的模态应变能………………………………………………………………………………154   9.1.3 弹性板的模态应变能………………………………………………………………………………155  9.2 基于模态应变能的损伤指标……………………………………………………………………………155   9.2.1 含裂纹梁的损伤指标………………………………………………………………………………155   9.2.2 含裂纹板的损伤指标………………………………………………………………………………157   9.2.3 损伤指标的归一化…………………………………………………………………………………157  9.3 含裂纹梁的损伤识别案例………………………………………………………………………………158   9.3.1 简支梁的损伤位置识别……………………………………………………………………………158   9.3.2 简支梁轻微损伤的识别……………………………………………………………………………160   9.3.3 连续跨度梁的损伤识别……………………………………………………………………………160   9.3.4 弹性梁损伤识别的实验证实………………………………………………………………………162  9.4 含裂纹板的损伤识别案例………………………………………………………………………………163   9.4.1 板的几何模型………………………………………………………………………………………163   9.4.2 板的损伤识别………………………………………………………………………………………165 参考文献……………………………………………………………………………………………………… 167

封面

含裂纹构件的振动疲劳损伤预测理论与方法

书名:含裂纹构件的振动疲劳损伤预测理论与方法

作者:刘文光

页数:168

定价:¥58.0

出版社:机械工业出版社

出版日期:2019-12-01

ISBN:9787111644941

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