基于红外热像技术和固有损伤耗散的金属疲劳寿命预测
Prediction of metal fatigue life based on the infrared thermographic technique and the intrinsic damage dissipation
- 机械强度 2026年48卷第1期 页码：42-47
- 作者机构：
1.浙江理工大学 机械工程学院，杭州 310018
2.浙江理工大学 计算机科学与技术学院，杭州 310018
- 作者简介：
吴亚莲，女，2000年生，江苏泰州人，在读硕士研究生；主要研究方向为疲劳寿命预测；E-mail：15869175259@163.com。
- 基金信息：国家自然科学基金项目(52405166);浙江省自然科学基金项目(LQN25E050008)
DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.005
中图分类号： O346.2收稿：2024-07-14，
纸质出版：2026-01-15
- 稿件说明：
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吴亚莲，叶子和，钱淼，等. 基于红外热像技术和固有损伤耗散的金属疲劳寿命预测［J］. 机械强度，2026，48（1）：42-47.
WU Yalian，YE Zihe，QIAN Miao，et al. Prediction of metal fatigue life based on the infrared thermographic technique and the intrinsic damage dissipation［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（1）：42-47.
吴亚莲，叶子和，钱淼，等. 基于红外热像技术和固有损伤耗散的金属疲劳寿命预测［J］. 机械强度，2026，48（1）：42-47. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.005.
WU Yalian，YE Zihe，QIAN Miao，et al. Prediction of metal fatigue life based on the infrared thermographic technique and the intrinsic damage dissipation［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（1）：42-47. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.005.
摘要
目的
2
针对传统成组法测试金属疲劳
S-N
曲线周期长、成本高，且现有红外热像法关联模型靶向性不足的问题，提出基于固有损伤耗散的疲劳寿命预测方法，实现
S-N
曲线的快速精准测定。
方法
2
首先，基于连续介质损伤力学和不可逆热力学，推导出固有损伤耗散表征模型。其次，结合温升与疲劳损伤的关联假设，构建疲劳寿命预测模型。最后，以铝合金2A12为研究对象开展红外热像法试验，将预测
S-N
曲线与成组法结果对比验证。
结果
2
结果表明，所提方法仅需单根试样即可完成测试，所得
S-N
曲线与成组法结果高度吻合，验证了模型有效性，大幅降低了测试成本与周期，为金属疲劳
S-N
曲线测定提供了高效方案。
Abstract
Objective
2
Aiming at the problems of long cycle
high cost of traditional group method for testing metal fatigue
S-N
curves and insufficient targeting of existing infrared thermographic correlation models
a fatigue life prediction method based on intrinsic damage dissipation was proposed to achieve rapid and accurate determination of
S-N
curves.
Methods
2
Firstly
an intrinsic damage dissipation characterization model was derived based on continuum damage mechanics and irreversible thermodynamics. Secondly
a fatigue life prediction model was constructed by combining the correlation assumption between temperature rise and fatigue damage. Finally
infrared thermographic tests were conducted with aluminum alloy 2A12 as the research object
and the predicted
S-N
curves were compared with the results of the group method for verification.
Results
2
This method only required a single sample to complete the test
and the obtained
S-N
curves are highly consistent with those of the group method
which verified the effectiveness of the model. It significantly reduced the test cost and cycle
providing an efficient scheme for the determination of metal fatigue
S-N
curves.
关键词
Keywords
references
尚德广 . “复杂载荷下的材料或结构疲劳损伤与寿命预测”专题序言 ［J］. 装备环境工程 ， 2018 ， 15 （ 12 ）：前插3-前插4.
SHANG Deguang . Introduction to “Fatigue damage and life prediction of materials or structures under complex loads” ［J］. Equipment Environmental Engineering ， 2018 ， 15 （ 12 ）：forward plug 3-forward plug 4. （In Chinese）
曾春华 ， 邹十践 . 疲劳分析方法及应用 ［M］. 北京 ： 国防工业出版社 ， 1991 ： 88 - 91 .
ZENG Chunhua ， ZOU Shijian . Fatigue analysis method and application ［M］. Beijing ： National Defense Industry Press ， 1991 ： 88 - 91 . （In Chinese）
雷冬 ， 赵建华 ， 龚明 ， 等 . 疲劳过程中的能量耗散和疲劳寿命的预测 ［J］. 实验力学 ， 2008 ， 23 （ 5 ）： 434 - 442 .
LEI Dong ， ZHAO Jianhua ， GONG Ming ， et al . On the energy dissipation in fatigue process and fatigue life prediction ［J］. Journal of Experimental Mechanics ， 2008 ， 23 （ 5 ）： 434 - 442 . （In Chinese）
童小燕 ， 姚磊江 ， 吕胜利 . 疲劳能量方法研究回顾 ［J］. 机械强度 ， 2004 ， 26 （ 增刊1 ）： 216 - 221 .
TONG Xiaoyan ， YAO Leijiang ， LÜ Shengli . Review on fatigue energy theory ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2004 ， 26 （ Suppl.1 ）： 216 - 221 . （In Chinese）
王青志 ， 黄芳 ， 丁桦 . 红外热像法快速确定45#钢的疲劳性能 ［J］. 实验力学 ， 2013 ， 28 （ 1 ）： 68 - 76 .
WANG Qingzhi ， HUANG Fang ， DING Hua . On the rapid determination of 45# steel fatigue behavior based on infrared thermography ［J］. Journal of Experimental Mechanics ， 2013 ， 28 （ 1 ）： 68 - 76 . （In Chinese）
曾伟 ， 韩旭 ， 丁桦 ， 等 . 基于红外热象技术的金属材料疲劳性能研究方法 ［J］. 机械强度 ， 2008 ， 30 （ 4 ）： 658 - 663 .
ZENG Wei ， HAN Xu ， DING Hua ， et al . Fatigue characteristics evaluation of metals based on infrafed thermographic technique ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2008 ， 30 （ 4 ）： 658 - 663 . （In Chinese）
HUANG J ， PASTOR M L ， GARNIER C ， et al . Rapid evaluation of fatigue limit on thermographic data analysis ［J］. International Journal of Fatigue ， 2017 ， 104 ： 293 - 301 .
MENEGHETTI G ， RICOTTA M . A heat energy dissipation approach to elastic-plastic fatigue crack propagation ［J］. Theoretical and Applied Fracture Mechanics ， 2020 ， 105 ： 102405 .
YANG W P ， FAN J L ， GUO Q ， et al . Experimental procedure for energy dissipation estimation during high-cycle fatigue loading of metallic material ［J］. Experimental Mechanics ， 2020 ， 60 （ 5 ）： 695 - 712 .
LEMAITRE J ， MARQUIS D . Modeling complex behavior of metals by the “state-kinetic coupling theory” ［J］. Journal of Engineering Materials and Technology ， 1992 ， 114 （ 3 ）： 250 - 254 .
CHATTI S ， FATHALLAH R . A study of the variations in elastic modulus and its effect on springback prediction ［J］. International Journal of Material Forming ， 2014 ， 7 （ 1 ）： 19 - 29 .
LI H R ， PENG Y ， LIU Y ， et al . Corrected stress field intensity approach based on averaging superior limit of intrinsic damage dissipation work ［J］. Journal of Iron and Steel Research International ， 2018 ， 25 （ 10 ）： 1094 - 1103 .
张行 ， 赵军 . 金属构件应用疲劳损伤力学 ［M］. 北京 ： 国防工业出版社 ， 1998 ： 12 - 23 .
ZHANG Xing ， ZHAO Jun . Applied fatigue damage mechanics of metallic structural members ［M］. Beijing ： National Defense Industry Press ， 1998 ： 12 - 23 . （In Chinese）
XIAO Y C ， LI S ， GAO Z A . A continuum damage mechanics model for high cycle fatigue ［J］. International Journal of Fatigue ， 1998 ， 20 （ 7 ）： 503 - 508 .
LI H R ， LI W Q ， XIANG Z ， et al . A novel nonparametric model for life assessment of high cycle fatigue under uniaxial variable amplitude loading using intrinsic damage dissipation ［J］. International Journal of Fatigue ， 2023 ， 172 ： 107651 .
AUDENINO A L ， CRUPI V ， ZANETTI E M . Correlation between thermography and internal damping in metals ［J］. International Journal of Fatigue ， 2003 ， 25 （ 4 ）： 343 - 351 .
黄芳 ， 聂雪媛 ， 江增荣 ， 等 . 利用红外热像技术快速预测材料的 S-N 曲线 ［J］. 实验力学 ， 2009 ， 24 （ 4 ）： 291 - 298 .
HUANG Fang ， NIE Xueyuan ， JIANG Zengrong ， et al . On the use of infrared thermography method for material S-N curve prediction ［J］. Journal of Experimental Mechanics ， 2009 ， 24 （ 4 ）： 291 - 298 . （In Chinese）
LI H R ， LI W Q ， XIANG Z ， et al . Optimization towards Walker's equation using intrinsic damage dissipation energy ［J］. International Journal of Damage Mechanics ， 2023 ， 32 （ 6 ）： 833 - 848 .
石永久 ， 贺小平 ， 王元清 ， 等 . 建筑用铝合金的疲劳性能试验 ［J］. 清华大学学报（自然科学版） ， 2009 ， 49 （ 9 ）： 1437 - 1440 .
SHI Yongjiu ， HE Xiaoping ， WANG Yuanqing ， et al . Test studies on fatigue performance of aluminum alloys used in construction ［J］. Journal of Tsinghua University（Science and Technology） ， 2009 ， 49 （ 9 ）： 1437 - 1440 . （In Chinese）
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