【正文】 AB 環(huán)境的 GUI 編 程，實(shí)現(xiàn)了載荷的輸入和顯示，臨界平面的確定，隨機(jī)載荷處理和循環(huán)計(jì)數(shù)，多軸疲勞壽命預(yù)測(cè)等功能模塊的開(kāi)發(fā)。循環(huán)計(jì)數(shù)包括多軸等效變程計(jì)數(shù)法和多軸雨流變程計(jì)數(shù)法。 再次，研究了多軸隨機(jī)載荷的處理和循環(huán)計(jì)數(shù)。 然后，根據(jù)多軸加載條件下應(yīng)力應(yīng)變的特點(diǎn)，分別在低高周疲勞領(lǐng)域中使用最大剪應(yīng)變幅平面法，權(quán)值平均最大剪應(yīng)變平面法，最大主應(yīng)力幅平面法和權(quán)值平均最大主應(yīng)力平面法來(lái)確定臨界平面。多軸載荷的顯示模塊包括顯示加載路徑，最大剪應(yīng)變變化，最大剪應(yīng)力變化，最大主應(yīng)變變化，最大主應(yīng)力變化。所以，對(duì)基于 MATLAB 多軸疲勞工具箱開(kāi)發(fā)的研究具有重要的理論意義與實(shí)用價(jià)值。本人同意東北大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索、交流。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均 已 在論文中作了明確的說(shuō)明并表示謝意。 分類號(hào) 密級(jí) UDC 學(xué) 位 論 文 基于 MATLAB 的多軸 疲勞壽命預(yù)測(cè)工具箱的開(kāi)發(fā) 東 北 大 學(xué) 2020 年 6 月作 者 姓 名： 指 導(dǎo) 教 師： 副教授 東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別： 碩 士 學(xué) 科 類 別： 專業(yè)學(xué)位 學(xué)科專業(yè)名稱： 機(jī)械工程 論文提交日期： 2020 年 6 月 論文答辯日期： 2020 年 6 月 學(xué)位授予日期： 答辯委員會(huì)主席： 評(píng) 閱 人 ： A Dissertation in Mechanical Engineering Development of Multiaxial Fatigue Life Prediction Toolbox Built in MATLAB By Zhuang Boran Supervisor: Associate Professor Wang Lei Northeastern University June 2020 I 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明 ， 所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的。論文中取得的研究成果除加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包括本人為獲得其他學(xué)位而使用過(guò)的材料。 學(xué)位論文作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者和 指導(dǎo)教師完全了解東北大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定：即學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤(pán)，允許論文被查閱和借閱。 作者和導(dǎo)師同意網(wǎng)上交流 的時(shí)間為作者獲得學(xué)位后： 半年 □ 一年 □ 一年半 □ 兩年 □ 學(xué)位論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 簽字日期： 簽字 日期： 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘 要 II 基于 MATLAB 的多軸 疲勞壽命預(yù)測(cè)工具箱的開(kāi)發(fā) 摘 要 本文選用 MATLAB 作為系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，編寫(xiě)一套多軸疲勞壽命預(yù)測(cè)工具箱，使其既適用于工程技術(shù)人員對(duì)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件的多軸疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，又適用于研究工作者以其為平臺(tái)，對(duì)多軸疲勞理論進(jìn)行深入的研究。 首先，對(duì)多軸疲勞工具箱進(jìn)行功能分析，確定了工具箱的功能模塊及其每個(gè)功能模塊的子功能；其次，對(duì)多軸載荷的輸入方式做了深入的探究，考慮用戶可能的輸入情況，為以后的功能分析奠定了基礎(chǔ)。它們可以方便用戶觀察材料平面的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。其中權(quán)值平均最大 剪應(yīng)變平面法和權(quán)值平均最大主應(yīng)力平面法分別以 MansonCoffin ? 公式和三參數(shù) NS? 曲線方程為依據(jù)確定臨界平面，反映了平面上應(yīng)力應(yīng)變對(duì)材料損傷的影響大小，物理意義明確。其中，多軸隨機(jī)載荷處理包括峰谷值提取和小載荷去除。 最后，在多軸加載下建立了多軸疲勞壽命估算模型。該多軸疲勞工具箱具有較強(qiáng)通用性和擴(kuò)展性。 Second, make the input of the multiaxial load a deep research, consider what the user may input, and lay the foundation for future functional analysis. The display of multiaxial load module includes display of load path, the changes of the maximum shear strain, the changes of the maximum shear stress, the changes of the maximum principal strain, and the changes of maximum principal stress. It displays the user to observe the relationship between the load and the critical angle. This article provides these drawing modules. Third, according to the characteristics of the stress and strain under multiaxial loading conditions, determine the critical plane respectively by using the maximum shear strain amplitude plane method, the weightaveraged of the maximum shear strain plane, and the maximum principal stress amplitude plane method and the weightaveraged of the maximum principal stress plane method in low and high cycle fatigue field. The weightaveraged of the maximum principal stress plane method and the weightaveraged of the maximum shear strain plane use CoffinManson function and threeparameter SN curse respectively to find the critical plane. The physics meaning is obvious. Again, study the handling process of the random load and the cycle counting. The multiaxial load simplifying procedure includes the collecting of peak and valley points and omitting of small loads. The cycle counting includes the equivalent range counting and rain rheological range counting. 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 Abstract IV Next, the multiaxial fatigue life prediction model was established under the multiaxial loading. Three other kinds of the influent model and two new multiaxial fatigue life prediction model based on the concept of critical plane were given. Finally, based on the GUI programming in MATLAB environment, achieve the input of the multiaxial load and the display of multiaxial load, determination of the critical plane, method of multiaxial load simplifying and multiaxial cycle counting, determination of the random strain, the life prediction of the multiaxial load and other function modules. This fatigue toolbox has strong monality and expansibility. Key words: multiaxial fatigue, load processing, nominal stress, local stressstrain, life prediction, MATLAB 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 目錄 V 目 錄 獨(dú)創(chuàng)性聲明 ...........................................................................................錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。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(guò)程。它們變化可以是比例的，也可以是非比例的。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。因此多軸疲勞研究是進(jìn)一步認(rèn)識(shí)疲勞損傷機(jī)制和失效過(guò)程不可或缺的部分。隨著社會(huì)的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的發(fā)展， MATLAB 在解算問(wèn)題方面要比 C 語(yǔ)言和 FORTRAN 語(yǔ)言等更加簡(jiǎn)單便捷，并且其支持 C、 FORTRAN、 C++、 JAVA 等多種 語(yǔ)言。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(kāi)發(fā)的基本工具和首選平臺(tái) [19]。而且，本 文是國(guó)家自然基金的研究?jī)?nèi)容之一，所以基于 MATLAB 多軸疲勞壽命預(yù)測(cè)工具箱開(kāi)發(fā)具有重要的理論意義與實(shí)用價(jià)值。從某種意義來(lái)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(yǔ)言有著其他兩種計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)語(yǔ)言 Mathematica 和 Maple 無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)和適用面。 目前 MATLAB 產(chǎn)品族可以用來(lái)進(jìn)行：數(shù)值分析 ， 數(shù)值和符號(hào)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(hào)處理 ， 通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 ， 財(cái)務(wù)與金融工程 。 MATLAB 開(kāi)放的產(chǎn)品體系使 MATLAB 成為了諸多領(lǐng)域的開(kāi)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。 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。 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(kāi)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(guò)程。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。用戶以某種方式選擇或激活圖形對(duì)象而引起動(dòng)作或發(fā)生變化。 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。用戶可以通過(guò)這些對(duì)象設(shè)計(jì)出界面友好，功能強(qiáng)大，操作簡(jiǎn)單的圖形用戶界面。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(guò)程可以分為以下幾步 [10]： ①通過(guò)設(shè)置 GUIDE 應(yīng)用程序的選項(xiàng)來(lái)進(jìn)行 GUIDE 組態(tài)； ②使用界面設(shè)計(jì)編輯器來(lái)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(xiě)用戶 GUI 組件行為響應(yīng)控制（即回調(diào)函數(shù)）代碼。這些工具箱應(yīng)用的