多轴随机振动疲劳裂纹

寿命区间预测精度30%内

提出一种时频域联合的区间寿命预测框架，用可同时Y–Z激励的试件和瞬态应力强度因子历史，揭示了双轴加载下单轴裂纹扩展速率的非线性叠加效应。

Yiyang, Pan · 张振杰 · Yinghao, Zhang · 李群

Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures 2026

参数信息

寿命预测偏差

30 %

技术优势

揭示双轴非线性效应

试验和仿真表明，双轴加载下单位时间裂纹扩展量超过两个单轴工况的线性叠加，纠正线性叠加假设。

预测偏差在30%以内

预测寿命与试验结果一致性高，偏差不超过30%，为损伤容限设计提供可靠依据。

提供寿命区间而非单值

通过生成匹配同一目标PSD的多条时域实现获得经验寿命区间，捕获随机多轴激励的变异性。

试件实现同时Y–Z激励

设计的试件允许同时施加Y向和Z向激励，简化多轴振动试验设置并更贴近实际载荷。

应用场景

• 机械装备疲劳寿命评估：提供装备在随机振动下的裂纹扩展寿命区间，用于剩余寿命评估。
• 航空航天结构损伤容限设计：预测多轴振动下裂纹扩展，为结构损伤容限设计提供准确寿命输入。
• 航空结构振动疲劳分析：分析航空结构在随机振动下的疲劳裂纹扩展，替代保守的线性叠加法。
• 振动试验与可靠性验证：利用同时Y–Z激励试件开展多轴振动试验，验证寿命预测可靠性。