【文章內(nèi)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?qū)崿F(xiàn) .................................................................................................................... 42 小結(jié) ............................................................................................................................ 44 第 7 章 界面設(shè)計(jì) ............................................................................................................ 45 曲線擬合界面的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 .................................................................................... 45 多軸載荷的顯示 ........................................................................................................ 47 加載路徑 .......................................................................................................... 47 最大剪應(yīng)變變化 .............................................................................................. 49 多軸臨界平面確定的界面設(shè)計(jì)與應(yīng)用 .................................................................... 51 多軸載荷壓縮與雨流變程計(jì)數(shù)的界面設(shè)計(jì)與應(yīng)用 ................................................ 53 應(yīng)變花確定應(yīng)變的界面設(shè)計(jì) 與應(yīng)用 ........................................................................ 56 多軸等效變程計(jì)數(shù)的界面設(shè)計(jì)與應(yīng)用 .................................................................... 58 多軸疲勞壽命預(yù)測的界面設(shè)計(jì)與應(yīng)用 .................................................................... 59 界面 設(shè)計(jì) .......................................................................................................... 59 應(yīng)用舉例 .......................................................................................................... 60 第 8 章 結(jié)論與展望 ....................................................................................................... 67 結(jié)論 ............................................................................................................................ 67 展望 ............................................................................................................................ 67 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................................. 69 致謝 ........................................................................................................................................ 73 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文情況 ............................................................................ 75 東北大學(xué)碩士學(xué)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(jīng)典的疲勞理論滿足不了高科技產(chǎn)品的強(qiáng)度和壽命等需求，因而近年來疲勞界對更為符合實(shí)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(gè)或三個(gè)方向上施加的應(yīng)變（或應(yīng)力）獨(dú)立地隨時(shí)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(yīng)力的主方向和主值比在一個(gè)加載循環(huán)內(nèi)或一個(gè)加載塊中是變化的，使材料循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變特性，裂紋的取向，形狀，擴(kuò)展方向，擴(kuò)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(xué)方面，實(shí)驗(yàn)研究方面，還是物理機(jī)制方面都更為復(fù)雜。因此多軸疲勞研究是進(jìn)一步認(rèn)識疲勞損傷機(jī)制和失效過程不可或缺的部分。 隨著對疲勞領(lǐng)域研究的深入，遇到的疲勞數(shù)值計(jì)算等都開始繁雜起來，疲勞數(shù)據(jù)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(shù)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(huì)的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)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(shè)計(jì)語言（如 C、 FORTRAN）的編輯方式，是當(dāng)今最優(yōu)秀的科技應(yīng)用之一，也一直是國際科學(xué)界應(yīng)用和影響最廣范的三大計(jì)算機(jī)語言之一。它以強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算與可視化功能，特別是所附帶的 30 多種面向不同的領(lǐng)域的工具箱支持，使得它成為應(yīng)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(yù)測工具箱，使其既適用于工程技術(shù)人員對關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件的疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測，又適用于研究工作者以其為平臺，對疲勞理論進(jìn)行深入的研究。而且，本 文是國家自然基金的研究內(nèi)容之一，所以基于 MATLAB 多軸疲勞壽命預(yù)測工具箱開發(fā)具有重要的理論意義與實(shí)用價(jià)值。 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 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(xué)界應(yīng)用和影響廣泛的三大科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)語言之一。從某種意義來講，在純數(shù)學(xué)以外的領(lǐng)域中， MATLAB東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 1 章 緒 論 2 語言有著其他兩種計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)語言 Mathematica 和 Maple 無法比擬的優(yōu)勢和適用面。在很多領(lǐng)域， MATLAB 語言是首選的計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)語言。 目前 MATLAB 產(chǎn)品族可以用來進(jìn)行：數(shù)值分析 ， 數(shù)值和符號計(jì)算 ， 工程與科學(xué)繪圖 ， 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 ， 數(shù)字圖像處理 ， 數(shù)字信號處理 ， 通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 ， 財(cái)務(wù)與金融工程 。 MATLAB Compiler 是一種編譯工具，它能夠?qū)⒛切├?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(kuò)展 MATLAB 功能，使 MATLAB 能夠同其他高級編程語言例如 C/C++語言進(jìn)行混合應(yīng)用，取長補(bǔ)短，以提高程序的運(yùn)行效率，豐富程序開發(fā)的手段。 MATLAB 開放的產(chǎn)品體系使 MATLAB 成為了諸多領(lǐng)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(xué)計(jì)算、機(jī)械動(dòng)力、化工、計(jì)算機(jī)通訊、汽車、金融等領(lǐng)域。接口方式包括了聯(lián)合建模、數(shù)據(jù)共享、開發(fā)流程銜接等等。 MATLAB 是一個(gè)功能十分強(qiáng)大的系統(tǒng)，且是具有很強(qiáng)的功能擴(kuò)展能力，可以依據(jù)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(jìn)行編制各種程序，調(diào)試的各個(gè)程序分別集中于各個(gè)文件夾中，使用時(shí)只需要把這些文件通過 ‘ set path’ 設(shè)置在搜索路徑中就可以，以后調(diào)用這些程序就像使用 MATLAB 自身帶 有的函數(shù)一樣方便。 MATLAB 結(jié)合第三方軟硬件產(chǎn)品組成了在不同領(lǐng)域內(nèi)的完整解決方案，實(shí)現(xiàn)了從算法開發(fā)到實(shí)時(shí)仿真再到代碼生成與最終產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的完整過程。 （ 2） MATLAB 的 GUI 設(shè)計(jì) 隨著面向?qū)ο蠹夹g(shù)興起，圖形用戶界面設(shè)計(jì)變得更加流行。許多程序設(shè)計(jì)軟件紛紛推出圖形用戶界面設(shè)計(jì)功能，大大減輕了程序設(shè)計(jì)軟件紛紛推出圖形用戶界面設(shè)計(jì)功能，大大減輕了程序設(shè)計(jì)者的負(fù)擔(dān)，加快了設(shè)計(jì)者程序設(shè)計(jì)工作。圖形用戶界面 (GUI)是與計(jì)算機(jī)程序之間的交互方式，它是包含圖形的對象，如窗口，圖標(biāo)，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(dòng)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(jì)算機(jī)交互，而且用戶不必了解應(yīng)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(gè)組件的使用方 法即可。 MATLAB 為用戶設(shè)計(jì)圖形界面提供了一個(gè)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(nèi)容式菜單對象。用戶可以通過這些對象設(shè)計(jì)出界面友好，功能強(qiáng)大，操作簡單的圖形用戶界面。 實(shí)現(xiàn)一個(gè) GUI 主要包括 GUI 界面設(shè)計(jì)和 GUI 組件編程兩項(xiàng)工作。整個(gè) GUI 的實(shí)現(xiàn)東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 1 章 緒 論 3 過程可以分為以下幾步 [10]： ①通過設(shè)置 GUIDE 應(yīng)用程序的選項(xiàng)來進(jìn)行 GUIDE 組態(tài)； ②使用界面設(shè)計(jì)編輯器來進(jìn)行 GUI 界面設(shè)計(jì)； ③理解應(yīng)用程序 M 文件中所使用的編程技術(shù)； ④編寫用戶 GUI 組件行為響應(yīng)控制（即回調(diào)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(yīng)的 MATLAB 專業(yè)工具箱函數(shù)供用戶直接使用。這些工具箱應(yīng)用的算法是開放的可擴(kuò)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(jìn)行修改，甚至允許開發(fā)自己的算法擴(kuò)充工具箱的功能。目前 MATLAB 產(chǎn)品的工具箱有四十多個(gè)，分別涵蓋了數(shù)據(jù)采集、科學(xué)計(jì)算、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析、數(shù)字信號處理、數(shù)字圖像處理、金融財(cái)務(wù)分析以及生物遺傳工程等專業(yè)領(lǐng)域。 MATLAB 工具箱主要分為功能性工具箱和學(xué)科工具箱。前者主要用來擴(kuò)充MATLAB 的 符號計(jì)算功能、可視化建模仿真功能、文字處理功能以及與實(shí)時(shí)控制功能等。而后者是專業(yè)性很強(qiáng)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(cái)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(lǐng)導(dǎo)者，算法先進(jìn)，功能全面細(xì)致，是世界公認(rèn)精度最高的疲勞分 析軟件。 它 既支持基于疲勞試驗(yàn)測試應(yīng)力和應(yīng)變信號的疲勞分析技術(shù)，也支持基于有限元分析計(jì)算的疲勞仿真設(shè)計(jì)技術(shù)。 它還 具有完整的材料庫、靈活多變的載荷譜定義方法、實(shí)用的疲勞信號采集與分析處理功能以及豐富先進(jìn)的疲勞算法，完整的輸出疲勞結(jié)果。特色功能 ： 擁有基于應(yīng)力應(yīng)變測試信