基于极值外推的特种车辆疲劳耐久性多轴载荷谱编制

非道路特种车辆服役载荷谱是整车结构耐久性的关键,为此提出基于极值外推的特种车辆疲劳耐久性多轴服役载荷编制方法。考虑到多轴载荷谱外推时的载荷通道之间具有相位关系,开展以临界平面损伤参量为基础的多轴载荷等效合成研究;构建极值超出量服从广义Pareto分布的多轴外推模型。利用等效合成载荷谱进行载荷外推,将基于等效合成系数获取的外推量分配到每个载荷通道上,实现考虑相位关系的多轴载荷外推。以典型工况下特种车辆的轮端六向力信号为研究对象进行多轴外推,并对比外推前后的载荷谱与采集载荷谱通道之间的相位关系、穿级计数、雨流计数和功率谱密度。研究结果表明:基于极值外推的特种车辆整车疲劳耐久性多轴载荷编制,可以实现在相同典型工况下多轴载荷谱的有效预测。

多轴载荷作用下减振器耐久性试验载荷谱编制

传统的减振器耐久性试验只考虑减振器的垂向载荷,对于水平力的加载没有统一的标准,导致试验结果不准确,针对该问题,结合实测用户道路载荷,提出了一种考虑多轴载荷作用的载荷谱编制方法。为了分析某型轿车出现减振器失效漏油的原因,采用低频信号叠加高频信号的方式构建载荷谱,运用半功率带宽法和最大线速度原理确定低频及高频信号,并进行了垂向力及水平力同时加载的减振器台架耐久性试验。试验结果表明,在水平力作用下减振器寿命受到较大影响,且失效里程与调查结果基本吻合,由此说明所编制的耐久性试验载荷谱能够较为准确地复现减振器的实际工作情况,可为减振器的设计和改进提供技术支持。

多轴载荷对含埋藏椭圆裂纹平板极限载荷的影响

极限载荷是含缺陷结构完整性评定的主要参量,极限载荷的计算是否正确十分重要。在多轴应力条件下,目前通用的评定计算中一般只考虑与裂纹面垂直方向的应力σ1,忽略与裂纹面平行方向的载荷σ2,这可能会给极限载荷的计算带来误差。针对含中心埋藏椭圆裂纹的平板,推导出在双轴拉/压载荷与单轴弯矩共同作用下的极限载荷解,并通过三维有限元计算结果进行了验证。探讨了多轴载荷对极限载荷的影响,当σ1为正时,若σ2<0,忽视σ2会过高估计极限载荷;若σ2≥0,当σ2/σ1小于一特定值,忽视σ2会低估极限载荷,反之,忽视σ2也会过高估计极限载荷。

基于一种新临界面的多轴载荷疲劳寿命预测方法

考虑多轴载荷下路径变化的不确定性,引入权函数的概念,得到一个新的临界面的确定方法。采用雨流计数方法,结合能体现载荷间相互影响的Morrow的非线性损伤律,应用FS(Fatemi Socie)模型对304不锈钢进行非规则载荷下低周疲劳寿命预测。同时采用最大损伤面方法结合FS模型进行寿命预测,结果表明,对该模型而言,结合考虑权函数的影响后得到新的临界面,最大损伤面方法与最大剪应变方法都给出较好的结果。

多轴载荷下多孔构件损伤特点及疲劳试验谱编制

对多轴载荷作用下的多孔薄壁构件进行了应力与损伤特点分析。分析表明,在不同比例的载荷作用下,构件上的最大等效应力点将发生变化,而随着循环载荷谱型的变化,构件上的最大损伤位置也将发生变化;提出了一种基于疲劳损伤等效原则、针对多危险点单轴应力破坏模式的多载荷疲劳试验谱编制方法,首先由疲劳损伤计算方法,得到构件上各危险点位置及该点的疲劳损伤值。再根据疲劳损伤等效准则,将针对各个危险点分别进行反推后得到的多载荷谱连接起来,即为多载荷试验谱。根据对多孔薄壁构件的计算,基于损伤等效方法编制的多载荷谱定量地保证了试验载荷谱与原载荷谱的疲劳损伤一致,操作简单可行。

多轴载荷下的无限寿命疲劳设计方法与设计数据

本文论述了多轴载荷下的无限寿命疲劳设计方法。提供了对称循环和非对称循环下的弯扭复合疲劳设计公式和三轴应力疲劳设计公式。

一种多轴载荷下橡胶弹性元件疲劳寿命预测方法的研究

结合一款牵引拉杆节点的疲劳破坏问题,提出了一种基于Abaqus+Endurica平台下的橡胶多轴疲劳寿命预测方法,通过该疲劳仿真模拟技术,实现了对橡胶弹性元件疲劳寿命预测的目的。这一预测方法为类似弹性元件的疲劳评估提供了一种新的思路。

多轴载荷下橡胶球铰的疲劳优化方法的研究

以某型橡胶球铰为研究对象,提出了一种结合开裂能理论和优化理论的橡胶元件的疲劳优化方法。该方法使用开裂能预测橡胶结构的疲劳寿命,利用应力作为结构优化参量,以疲劳寿命结果指导橡胶结构优化,实现了橡胶弹性元件结构的理论优化和疲劳寿命预测,并为缩短橡胶弹性元件的结构开发周期提供了工程指导意义。

多轴载荷下点蚀坑应力集中的数值研究

利用有限元软件Abaqus对拉扭载荷下点蚀区域的应力集中进行了数值模拟研究,通过建立结构的点蚀模型,分析了点蚀规则演化及不规则演化情况下的应力集中。结果表明,点蚀坑形貌比(a/2c)是影响应力集中(SCF)的重要因素,具有较大形貌比的点蚀坑往往比较危险,极大地降低了结构的承载能力;当点蚀区域发生局部溶解时,SCF会产生跳跃式的增长,相比于规则演化,此种情况下更容易促使点蚀向裂纹的转变。

橡胶衬套多轴载荷疲劳寿命预测

研究单轴及多轴载荷应力状态下最大主工程应变、最大主对数应变、最大主Green-Lagrange应变、最大主Euler应变和八面体切应变峰值等五种损伤参量的计算方法,发现在有限元分析时只需输出危险区域的变形梯度张量即可计算出五种损伤参量的值。基于疲劳裂纹萌生理论以及哑铃形橡胶试片的疲劳试验数据,分别以上述五种损伤参量建立寿命预测模型,用拟合优度值衡量五种寿命预测模型的准确性,其中以八面体切应变峰值为损伤参量的寿命预测模型拟合优度值最大。基于疲劳裂纹扩展理论以及单边缺口、纯剪切试片的裂纹扩展试验数据,建立疲劳寿命预测模型;分别用基于八面体切应变峰值为损伤参量的寿命预测模型和基于裂纹扩展理论的寿命预测模型对同一衬套产品进行寿命预测,对比两种寿命预测模型的预测效果;研究发现,以八面体切应变峰值为损伤参量的寿命预测模型具有更好的预测效果,预测寿命在实测寿命的三倍分散线附近。

多轴载荷下发动机中介机匣强度试验方法研究

中介机匣是航空发动机的重要承力构件,它处于风扇和外涵道中间,起着支撑和固定发动机的重要作用;因此,研究中介机匣在飞行时最大载荷下的结构强度,对于发动机的安全设计具有十分重要的意义。发动机工作时的气动载荷和机动载荷,作用在中介机匣各部位上的载荷总数多达24个,而且在多轴载荷作用下的载荷工况组合太多,如果仅针对单一工况设计专用强度试验加载方案,会费时费力且费用较高。因此,本文分析了某发动机中介机匣结构承受多轴载荷的特点,并设计了在多轴载荷状态下一种通用的载荷施加方案,不改变作动筒加载点位置和方向的前提下,能满足不同机动载荷和气动载荷组合形成的多轴载荷的强度试验要求。同时,以某发动机中介机匣强度试验任务书中的极限载荷为例,进行了试验载荷分析和试验实施,验证了该强度试验方法的有效性。

基于多轴载荷的汽车控制臂疲劳载荷块编制

目前大多数控制臂台架疲劳载荷为单向加载的块谱,忽略了载荷的多轴性。依据已测得的控制臂试验场道路载荷谱,通过多轴雨流投影方法分析了其载荷的多轴性,并以多轴雨流投影结果一致为目标,通过迭代方法求解获得其考虑载荷多轴性的载荷块谱。再通过疲劳计算方法对比了单轴与多轴载荷块在寿命预测的差异性,并与控制臂应变采集测试点的疲劳损伤对比,发现考虑多轴的载荷块具有更高的预测精度。载荷多轴性的载荷块编制方法可为汽车其他零件台架疲劳载荷块编制提供参考。

非比例多轴载荷耳片的疲劳分析方法

基于飞机耳片结构承受的实际载荷,提出了一种非比例多轴载荷谱的疲劳分析方法。首先对耳片疲劳危险点和疲劳抗力随载荷方向的变化进行分析,将所有载荷方向下潜在疲劳危险点离散为多个疲劳细节,建立多细节分析模型;然后按照疲劳细节点应力分布等效原则,将非比例多轴载荷谱处理为分别适用于每个细节的单向载荷谱;最后使用疲劳细节额定值法分析每个细节,并以其中疲劳最严重的细节作为耳片的分析结果。该方法定量描述了非比例多轴载荷对耳片疲劳性能的影响,易于程序化,适于工程应用。

基于多轴载荷投影构建轮辋双轴疲劳损伤模型

针对轮辋疲劳试验载荷谱编制过程中损伤等价和试验加速的难点,结合轮辋结构自身特点,从损伤等效的角度对实际工况中轮辋承受的载荷进行了较为全面系统的分析,引入了多轴载荷投影的概念,构建了轮辋双轴疲劳损伤模型,在此基础上提出轮辋双轴疲劳试验载荷谱编制和试验加速的方法。在公共道路典型路面实车采集了约5000 km车轮轮辋时域数据,采用本文方法对获得的数据开展了轮辋双轴疲劳损伤的等效分析。结果表明:相较于单轴的轮辋径向疲劳试验和弯曲疲劳试验,本文提出的轮辋双轴疲劳试验方法在复现实际工况损伤方面具有显著的优越性。

大型飞机机身曲板多轴载荷试验技术研究

根据大型运输机及客机机身壁板结构静力分析与耐久性和损伤容限试验技术需求,研制了一套能够为机身壁板施加多轴载荷的试验系统（FPTS）。该系统由轴向载荷施加组件、剪切载荷施加组件、气压载荷及环向平衡载荷施加组件构成,既能为机身曲板施加单一载荷,同时又能实现多轴载荷协调加载,解决了多轴载荷施加边界约束的相互干涉与耦合问题。试验结果表明,单轴载荷试验应变数据均匀,多轴载荷试验应变满足结构在小变形下的叠加原理。上述试验结果可为机身静强度及疲劳强度设计提供数据支持。

基于小波变换的汽车零部件加速耐久性多轴载荷谱编辑方法研究

开展基于小波变换的汽车零部件加速耐久性多轴载荷谱编辑方法的研究。提出一种修正重采样的载荷谱预处理方法,该方法能够消除重采样因峰谷值漏采带来的信号损伤计算误差。将预处理后的零件载荷谱进行小波分解,分解后的高频小波系数进行重构得到高频小波分量,基于高频小波分量,利用包络线损伤成分识别方法,提取出原始信号中对零件损伤有较大贡献的部分,得到零件的编辑载荷谱。基于小波变换的多轴载荷谱编辑方法得到的压缩信号,在伪损伤保留量、统计参数、穿级计数分析及功率谱密度等方面均与原始信号有较好的一致性,并且没有改变通道之间的相位关系,可以达到与原始信号相同的加载效果。通过控制臂的疲劳仿真计算,进一步验证编辑载荷谱与原始载荷谱具有相同的加载效果。该编辑方法可用于汽车零部件的加速耐久性试验研究中。

弯矩和双轴拉压载荷下含半椭圆表面裂纹平板的极限载荷分析

极限载荷作为含缺陷结构完整性评定的主要参量之一直接影响着评定结果,一直是许多学者关注的重点。多轴载荷条件下含半椭圆表面裂纹平板的极限载荷是当前研究的重要方向。针对含半椭圆表面裂纹平板,基于von Mises屈服准则,推导出了在平板端面施加拉弯组合载荷和在平板两侧施加轴向力的作用下的极限载荷表达式,并通过n1坐标得到了屈服线,研究了平板两侧轴向力的影响。本文解与现有的单轴拉弯组合载荷下的解一致,同时与在相同载荷条件下含矩形表面裂纹平板的极限载荷解做了对比。结果表明:当沿厚度方向裂纹深度较大或沿宽度方向裂纹宽度较大时,矩形裂纹代替半椭圆裂纹会存在过度保守的结果。

多轴循环载荷下橡胶材料的力学行为

以NBR为例,研究多轴循环载荷下橡胶材料的力学行为。结果表明,无论采用单轴加载还是多轴加载,橡胶材料均表现为循环软化,Mullins效应明显;多轴非比例加载与单轴比例加载下橡胶材料的应力响应无显著差异,试样均发生初始快速软化,然后呈现逐步稳定的循环软化;在等效应变相等的情况下,与多轴比例加载相比,多轴非比例加载下橡胶材料的等效应力峰值较小,非比例附加循环软化现象明显。

多轴载荷下车轮辐板裂纹扩展特性研究

针对车轮在运行过程中的典型运用工况,采用有限元方法数值模拟了不同运用条件下车轮的机械应力分布,选取辐板最高应力部位作为裂纹的萌生位置。根据线弹性断裂力学理论研究了辐板裂纹在二轴载荷下的应力强度因子和T应力,最后结合Paris疲劳裂纹扩展方程及裂纹扩展门槛值,得到了二轴载荷下辐板表面裂纹的扩展特性和规律。从而得出了二轴载荷条件对辐板表面裂纹扩展的影响。分析结果表明:典型工况下,车轮辐板外侧处于受压状态,内侧处于受拉状态而且变化幅值较大。车轮辐板的内外表面的应力不同,使得辐板同时承受了弯矩,并且弯矩的周向分量和径向分量近乎于正比。由于T应力的影响,车轮辐板裂纹扩展速度比不考虑此应力时的值较为偏低。分析结果对预防车轮疲劳失效、优化车轮设计、保障行车安全,具有重要意义。

多轴低周疲劳载荷下应用von Mises及Tresca准则的寿命预测研究

在应变控制比例与非比例载荷条件下 ,应用vonMises及Tresca屈服函数分别结合Mroz多表面强化模型研究了 0 8X18H10T不锈钢材料的低周循环特性。给出 0 8X18H10T不锈钢在低周多轴应变控制加载条件下用能量理论进行的寿命预测及其试验验证。应用Tresca屈服函数结合Mroz多表面塑性流动理论进行寿命预测能够很好地描述试验结果 ,应用vonMises屈服函数结合Mroz多表面塑性流动理论在工程计算中进行寿命预测 。