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

罗家元; 王佳林; 高聪

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2025.07.009

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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

·疲劳·损伤·断裂·失效分析· | 更新时间：2025-07-10

- 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
- Solution of dissipated energy and influence of loading frequency on evaluation results in the rapid evaluation process of fatigue performance
- 机械强度 2025年47卷第7期页码：73-79
- 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：
  
  王佳林，男，1998年生，四川乐山人，硕士研究生；主要研究方向为金属疲劳性能快速评估；E-mail：Jakywang@126.com。
- 基金信息：
  
  重庆市技术创新与应用发展专项重点项目(cstc2021jscx-dxwtBX0022)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.07.009
  中图分类号：
- 收稿日期：2023-10-24，
  
  修回日期：2024-01-15，
  
  纸质出版日期：2025-07-15
- 稿件说明：
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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

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