【文章內容簡介】 r 模型 (BM) .............................................................................. 41 Fatemi和 Socie 模型 (FS)................................................................................. 41 Smith, Watson 和 Topper 模型 (SWT) .............................................................. 42 程序實現(xiàn) .................................................................................................................... 42 小結 ............................................................................................................................ 44 第 7 章 界面設計 ............................................................................................................ 45 曲線擬合界面的設計與應用 .................................................................................... 45 多軸載荷的顯示 ........................................................................................................ 47 加載路徑 .......................................................................................................... 47 最大剪應變變化 .............................................................................................. 49 多軸臨界平面確定的界面設計與應用 .................................................................... 51 多軸載荷壓縮與雨流變程計數(shù)的界面設計與應用 ................................................ 53 應變花確定應變的界面設計 與應用 ........................................................................ 56 多軸等效變程計數(shù)的界面設計與應用 .................................................................... 58 多軸疲勞壽命預測的界面設計與應用 .................................................................... 59 界面 設計 .......................................................................................................... 59 應用舉例 .......................................................................................................... 60 第 8 章 結論與展望 ....................................................................................................... 67 結論 ............................................................................................................................ 67 展望 ............................................................................................................................ 67 參考文獻 .............................................................................................................................. 69 致謝 ........................................................................................................................................ 73 攻讀碩士學位期間發(fā)表論文情況 ............................................................................ 75 東北大學碩士學位論文 第 1 章 緒 論 1 第 1 章 緒 論 本課題研究的目的與意義 由于經典的疲勞理論滿足不了高科技產品的強度和壽命等需求，因而近年來疲勞界對更為符合實際的多軸疲勞研究普遍重視起來。多軸疲勞是指疲勞損傷發(fā)生在多軸載荷條件下的材料失效過程。多軸循環(huán)載荷至少有兩個或三個方向上施加的應變（或應力）獨立地隨時間發(fā)生變化。它們變化可以是比例的，也可以是非比例的。載荷的非同相，非同頻，不同波形，均值的存在都將引起非比例載荷。其應力的主方向和主值比在一個加載循環(huán)內或一個加載塊中是變化的，使材料循環(huán)應力應變特性，裂紋的取向，形狀，擴展方向，擴展速率及疲勞壽命等都收到更多因素的影響。相對單軸 疲勞，多軸疲勞無論在力學方面，實驗研究方面，還是物理機制方面都更為復雜。因此多軸疲勞研究是進一步認識疲勞損傷機制和失效過程不可或缺的部分。 隨著對疲勞領域研究的深入，遇到的疲勞數(shù)值計算等都開始繁雜起來，疲勞數(shù)據等的處理也就越來越棘手了，這就阻礙了疲勞理論和疲勞技術等的發(fā)展，所以現(xiàn)在越來越多的研究工作人員都開始利用各種平臺開發(fā)各種軟件來尋求更好的突破口。隨著社會的進步和計算機語言的發(fā)展， MATLAB 在解算問題方面要比 C 語言和 FORTRAN 語言等更加簡單便捷，并且其支持 C、 FORTRAN、 C++、 JAVA 等多種 語言。 MATLAB 語言在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設計語言（如 C、 FORTRAN）的編輯方式，是當今最優(yōu)秀的科技應用之一，也一直是國際科學界應用和影響最廣范的三大計算機語言之一。它以強大的科學計算與可視化功能，特別是所附帶的 30 多種面向不同的領域的工具箱支持，使得它成為應用開發(fā)的基本工具和首選平臺 [19]。 本文選用 MATLAB 作為系統(tǒng)的開發(fā)平臺，編寫一套多軸疲勞壽命預測工具箱，使其既適用于工程技術人員對關鍵結構部件的疲勞壽命進行預測，又適用于研究工作者以其為平臺，對疲勞理論進行深入的研究。而且，本 文是國家自然基金的研究內容之一，所以基于 MATLAB 多軸疲勞壽命預測工具箱開發(fā)具有重要的理論意義與實用價值。 國內外發(fā)展狀況 MATLAB 工具箱的發(fā)展 （ 1） MATLAB 的簡介 美國 The Math Works 公司推出的 MATLAB 語言一直是國際科學界應用和影響廣泛的三大科學計算機數(shù)學語言之一。從某種意義來講，在純數(shù)學以外的領域中， MATLAB東北大學碩士學位論文 第 1 章 緒 論 2 語言有著其他兩種計算機數(shù)學語言 Mathematica 和 Maple 無法比擬的優(yōu)勢和適用面。在很多領域， MATLAB 語言是首選的計算機數(shù)學語言。 目前 MATLAB 產品族可以用來進行：數(shù)值分析 ， 數(shù)值和符號計算 ， 工程與科學繪圖 ， 控制系統(tǒng)的設計與仿真 ， 數(shù)字圖像處理 ， 數(shù)字信號處理 ， 通訊系統(tǒng)設計與仿真 ， 財務與金融工程 。 MATLAB Compiler 是一種編譯工具，它能夠將那些利用 MATLAB 提供的編程語言——M 語言編寫的函數(shù)文件編譯生成為函數(shù)庫、可執(zhí)行文件、 COM 組件等等，這樣就可以擴展 MATLAB 功能，使 MATLAB 能夠同其他高級編程語言例如 C/C++語言進行混合應用，取長補短，以提高程序的運行效率，豐富程序開發(fā)的手段。 MATLAB 開放的產品體系使 MATLAB 成為了諸多領域的開發(fā)首選軟件，并且，MATLAB 還具有 300 余家第三方合作伙伴，分布在科學計算、機械動力、化工、計算機通訊、汽車、金融等領域。接口方式包括了聯(lián)合建模、數(shù)據共享、開發(fā)流程銜接等等。 MATLAB 是一個功能十分強大的系統(tǒng)，且是具有很強的功能擴展能力，可以依據自己專業(yè)需求編制各種程序包乃至工具箱。本文選用 MATLAB 語言進行編制各種程序，調試的各個程序分別集中于各個文件夾中，使用時只需要把這些文件通過 ‘ set path’ 設置在搜索路徑中就可以，以后調用這些程序就像使用 MATLAB 自身帶 有的函數(shù)一樣方便。 MATLAB 結合第三方軟硬件產品組成了在不同領域內的完整解決方案，實現(xiàn)了從算法開發(fā)到實時仿真再到代碼生成與最終產品實現(xiàn)的完整過程。 （ 2） MATLAB 的 GUI 設計 隨著面向對象技術興起，圖形用戶界面設計變得更加流行。許多程序設計軟件紛紛推出圖形用戶界面設計功能，大大減輕了程序設計軟件紛紛推出圖形用戶界面設計功能，大大減輕了程序設計者的負擔，加快了設計者程序設計工作。圖形用戶界面 (GUI)是與計算機程序之間的交互方式，它是包含圖形的對象，如窗口，圖標，菜單和文本以及工具欄的用戶界面。用戶以某種方式選擇或激活圖形對象而引起動作或發(fā)生變化。通過圖形用戶界面，用戶可以非常直觀，輕松地與計算機交互，而且用戶不必了解應用程序是如何執(zhí)行各條命令的，只要掌握圖形界面的各個組件的使用方 法即可。 MATLAB 為用戶設計圖形界面提供了一個高效，方便的集成環(huán)境。在 MATLAB 中，基本的圖形對象，下拉菜單對象和內容式菜單對象。用戶可以通過這些對象設計出界面友好，功能強大，操作簡單的圖形用戶界面。 實現(xiàn)一個 GUI 主要包括 GUI 界面設計和 GUI 組件編程兩項工作。整個 GUI 的實現(xiàn)東北大學碩士學位論文 第 1 章 緒 論 3 過程可以分為以下幾步 [10]： ①通過設置 GUIDE 應用程序的選項來進行 GUIDE 組態(tài)； ②使用界面設計編輯器來進行 GUI 界面設計； ③理解應用程序 M 文件中所使用的編程技術； ④編寫用戶 GUI 組件行為響應控制（即回調函數(shù)）代碼。 （ 3） MATLAB 的 工具箱開發(fā) 利用 M 語言還開發(fā)了相應的 MATLAB 專業(yè)工具箱函數(shù)供用戶直接使用。這些工具箱應用的算法是開放的可擴展的，用戶不僅可以查看其中的算法，還可以針對一些算法進行修改，甚至允許開發(fā)自己的算法擴充工具箱的功能。目前 MATLAB 產品的工具箱有四十多個，分別涵蓋了數(shù)據采集、科學計算、控制系統(tǒng)設計與分析、數(shù)字信號處理、數(shù)字圖像處理、金融財務分析以及生物遺傳工程等專業(yè)領域。 MATLAB 工具箱主要分為功能性工具箱和學科工具箱。前者主要用來擴充MATLAB 的 符號計算功能、可視化建模仿真功能、文字處理功能以及與實時控制功能等。而后者是專業(yè)性很強的，如控制系統(tǒng)工具箱 (Control System Toolbox)、通訊工具箱(Communication Toolbox)、信號處理工具箱 (Signal Processing Toolbox)、財政金融工具箱 (Financial Toolbox)等。 疲勞分析軟件的發(fā)展 （ 1）國外疲勞軟件的發(fā)展 ANSYS FESAFE 一直是多軸疲勞分析解決方案的領導者，算法先進，功能全面細致，是世界公認精度最高的疲勞分 析軟件。 它 既支持基于疲勞試驗測試應力和應變信號的疲勞分析技術，也支持基于有限元分析計算的疲勞仿真設計技術。 它還 具有完整的材料庫、靈活多變的載荷譜定義方法、實用的疲勞信號采集與分析處理功能以及豐富先進的疲勞算法，完整的輸出疲勞結果。特色功能 ： 擁有基于應力應變測試信