Solution of dissipated energy and influence of loading frequency on evaluation results in the rapid evaluation process of fatigue performance

LUO Jiayuan; WANG Jialin; GAO Cong

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2025.07.009

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Solution of dissipated energy and influence of loading frequency on evaluation results in the rapid evaluation process of fatigue performance

·Fatigue·Damage·Fracture·Failure Analysis· | 更新时间：2025-07-10

- Solution of dissipated energy and influence of loading frequency on evaluation results in the rapid evaluation process of fatigue performance
- Journal of Mechanical Strength Vol. 47, Issue 7, Pages: 73-79(2025)
- 作者机构：
  
  1.重庆交通大学机电与车辆工程学院，重庆 400074
  2.重庆长安汽车股份有限公司长安研究院，重庆 400023
- 作者简介：
  
  LUO Jiayuan, E-mail: jiayuanluo@126.com
- 基金信息：
  
  Chongqing Special Key Project for Technological Innovation and Application Development(cstc2021jscx-dxwtBX0022)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.07.009
  CLC：
- Received：24 October 2023，
  
  Revised：15 January 2024，
  
  Published：15 July 2025
- 稿件说明：
移动端阅览
罗家元，王佳林，高聪. 疲劳性能快速评估过程中耗散能求解及加载频率对评估结果的影响［J］. 机械强度，2025，47（7）：73-79.

LUO Jiayuan，WANG Jialin，GAO Cong. Solution of dissipated energy and influence of loading frequency on evaluation results in the rapid evaluation process of fatigue performance［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（7）：73-79.
罗家元，王佳林，高聪. 疲劳性能快速评估过程中耗散能求解及加载频率对评估结果的影响［J］. 机械强度，2025，47（7）：73-79. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.07.009.

LUO Jiayuan，WANG Jialin，GAO Cong. Solution of dissipated energy and influence of loading frequency on evaluation results in the rapid evaluation process of fatigue performance［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（7）：73-79. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.07.009.

摘要

基于红外热像法的金属疲劳性能快速评估方法具有周期短、成本低和效率高等优点，然而热对流、热辐射等影响耗散能结果的因素很难准确测算，导致最终评估结果精度很难达到试验标准。为此，建立了304不锈钢混合硬化本构模型，结合低周疲劳生热机制来分析受载过程中热对流、热辐射引起的耗散能演变规律；并基于耗散能临界值探究低周疲劳加载频率对疲劳性能快速评估结果的影响。研究表明，304不锈钢低周疲劳过程中，热对流、热辐射所耗散能量占总耗散能的54％以上，且随着热对流系数增大而不断提高，所以在耗散能评估测算时不可忽略；随着加载频率的增加，载荷峰值沿作用时间分布区域变窄，循环载荷单周期耗散能减小，导致疲劳性能快速评估结果比试验值偏大。

Abstract

The rapid assessment method for metal fatigue performance based on the infrared thermography presents advantages such as short testing cycles

low costs

and high efficiency. However

accurately quantifying factors influencing the dissipation of energy

such as convective heat transfer and thermal radiation

proves challenging. The difficulty leads to complications in achieving the precision necessary to meet test standards in the final assessment results. A mixed-hardening constitutive model for 304 stainless steel was established and coupled with the low-cycle fatigue thermomechanical mechanism

to analyze the evolution pattern of dissipated energy caused by convective heat transfer and thermal radiation during the loading process. Furthermore

the impact of low-cycle fatigue loading frequency on the rapid assessment results of fatigue performance was explored based on the critical threshold of dissipated energy. The research indicates that during the low-cycle fatigue process of 304 stainless steel

the dissipated energy from convective heat transfer and thermal radiation constitutes over 54% of the total dissipated energy. Moreover

this proportion continuously increases with the augmentation of the convective heat transfer coefficient. Therefore

it is crucial not to neglect these factors in dissipated energy assessment calculations. With an increase in loading frequency

the peak load narrows within the region of action time. Consequently

the dissipated energy of each load cycle decreases

leading to a rapid assessment result of fatigue performance that tends to be larger than the test value.

关键词

Keywords

references

韩萌，王悦廉，李禄源，等 . 疲劳耐久性评价技术研究综述［J］. 汽车文摘， 2024 （ 10 ）： 23 - 32 .

HAN Meng ， WANG Yuelian ， LI Luyuan ， et al . A review of research on fatigue durability evaluation technologies ［J］. Automobile Digest ， 2024 （ 10 ）： 23 - 32 . （In Chinese）

王凯，闫志峰，王文先，等 . 循环载荷作用下镁合金温度演化及高周疲劳性能预测［J］. 材料工程， 2014 （ 1 ）： 85 - 89 .

WANG Kai ， YAN Zhifeng ， WANG Wenxian ， et al . Temperature evolution and fatigue properties prediction for high cycle fatigue of magnesium alloy under alternate loading ［J］. Journal of Materials Engineering ， 2014 （ 1 ）： 85 - 89 . （In Chinese）

杨正伟，陈家威，李胤，等 . 基于红外热像法的叶片受迫振动热耗散规律研究［J］. 兵器装备工程学报， 2023 ， 44 （ 10 ）： 1 - 9 .

YANG Zhengwei ， CHEN Jiawei ， LI Yin ， et al . Research on heat dissipation law of blade forced vibration based on infrared thermography ［J］. Journal of Ordnance Equipment Engineering ， 2023 ， 44 （ 10 ）： 1 - 9 . （In Chinese）

杨文平，郭杏林，赵延广 . 对流和辐射换热对金属高周疲劳能量耗散估计的影响［J］. 机械工程学报， 2021 ， 57 （ 10 ）： 187 - 195 .

YANG Wenping ， GUO Xinglin ， ZHAO Yanguang . Effects of convection and radiation heat transfer on energy dissipation estimation of metal in high-cycle fatigue ［J］. Journal of Mechanical Engineering ， 2021 ， 57 （ 10 ）： 187 - 195 . （In Chinese）

FARGIONE G ， GERACI A ， ROSA G L ， et al . Rapid determination of the fatigue curve by the thermographic method ［J］. International Journal of Fatigue ， 2002 ， 24 （ 1 ）： 11 - 19 .

RISITANO A ， RISITANO G . Cumulative damage evaluation of steel using infrared thermography ［J］. Theoretical and Applied Fracture Mechanics ， 2010 ， 54 （ 2 ）： 82 - 90 .

樊俊铃 . 金属材料疲劳参数的快速评估方法和断裂机理的研究［D］. 大连：大连理工大学， 2014 ： 10 - 19 .

FAN Junling . Research on rapid assessment method of fatigue parameters and fracture mechanisms of metallic materials ［D］. Dalian ： Dalian University of Technology ， 2014 ： 10 - 19 . （In Chinese）

ROSA G L ， RISITANO A . Thermographic methodology for rapid determination of the fatigue limit of materials and mechanical components ［J］. International Journal of Fatigue ， 2000 ， 22 （ 1 ）： 65 - 73 .

李源 . 疲劳耗散能及其在疲劳性能快速预测中的应用研究［D］. 长沙：湖南大学， 2013 ： 24 - 32 .

LI Yuan . Study on fatigue dissipated energy and its application to rapid prediction of fatigue properties ［D］. Changsha ： Hunan University ， 2013 ： 24 - 32 . （In Chinese）

杨文平 . 金属高周疲劳能量耗散和疲劳性能快速评估方法研究［D］. 大连：大连理工大学， 2020 ： 55 - 65 .

YANG Wenping . Research on energy dissipation and rapid evaluation method for high-cycle fatigue performance of metallic materials ［D］. Dalian ： Dalian University of Technology ， 2020 ： 55 - 65 . （In Chinese）

BIŽAL A ， KLEMENC J ， FAJDIGA M . Evaluating the statistical significance of a fatigue-life reduction due to macro-porosity ［J］. Strojni <math id="M54"><mover accent="true"><mi mathvariant="normal">s</mi><mo>̌</mo></mover></math> https://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=84760157&type= 2.11666679 https://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=84760146&type= 1.10066664 ki Vestnik-journal of Mechanical Engineering ， 2014 ， 60 （ 6 ）： 407 - 416 .

余海燕，王友 . 一种基于Chaboche理论的混合硬化模型及其在回弹仿真中的应用［J］. 机械工程学报， 2015 ， 51 （ 16 ）： 127 - 134 .

YU Haiyan ， WANG You . A combined hardening model based on Chaboche theory and its application in the springback simulation ［J］. Journal of Mechanical Engineering ， 2015 ， 51 （ 16 ）： 127 - 134 . （In Chinese）

刘士杰，王召，刘继超，等 . 基于Chaboche硬化模型的304SS全寿命循环力学行为仿真分析［J］. 火箭推进， 2022 ， 48 （ 3 ）： 40 - 49 .

LIU Shijie ， WANG Zhao ， LIU Jichao ， et al . Simulation analysis of 304SS full-life cyclic mechanical behavior based on Chaboche hardening model ［J］. Journal of Rocket Propulsion ， 2022 ， 48 （ 3 ）： 40 - 49 . （In Chinese）

魏巍，张运通，刘柯，等 . 基于能量耗散的激光焊对接接头高周疲劳性能快速评估［J］. 焊接学报， 2021 ， 42 （ 12 ）： 48 - 53 .

WEI Wei ， ZHANG Yuntong ， LIU Ke ， et al . Rapid of high-cycle fatigue performance evaluation of laserbutt joints based on energy dissipation ［J］. Transactions of the China Welding Institution ， 2021 ， 42 （ 12 ）： 48 - 53 . （In Chinese）

沈雅钧 . 导热系数与自然对流换热系数的综合测定［J］. 浙江海洋学院学报（自然科学版）， 2000 ， 19 （ 1 ）： 84 - 86 .

SHEN Yajun . The comprehensive measurement for heat conduction coefficient and free convection coefficient ［J］. Journal of Zhejiang Ocean University（Natural Science）， 2000 ， 19 （ 1 ）： 84 - 86 . （In Chinese）

郭强 . 基于固有耗散的高周疲劳性能评估与热力响应分析研究［D］. 大连：大连理工大学， 2019 ： 61 - 64 .

GUO Qiang . Research on high-cycle fatigue property evaluation and thermal-mechanical response analysis：based on intrinsic dissipation ［D］. Dalian ： Dalian University of Technology ， 2019 ： 61 - 64 . （In Chinese）

戴婷 . 应力和加载频率对疲劳寿命的影响［J］. 广州化学， 2017 ， 42 （ 2 ）： 64 - 67 .

DAI Ting . Effects of loading frequency on fatigue life ［J］. Guangzhou Chemistry ， 2017 ， 42 （ 2 ）： 64 - 67 . （In Chinese）

张亚军 . 加载频率与应变比对10CrNi5Mo高强钢低周疲劳寿命的影响［J］. 理化检验（物理分册）， 2010 ， 46 （ 3 ）： 164 - 166 .

ZHANG Yajun . Effect of loading frequency and strain ratio on low cycle fatigue life of 10CrNi5Mo high strength steel ［J］. Physical Testing and Chemical Analysis （Part A：Physical Testing）， 2010 ， 46 （ 3 ）： 164 - 166 . （In Chinese）

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

No data

Related Author

No data

Related Institution

No data

⁰