基于CLD的风电叶片挥舞疲劳试验寿命预测方法

随着风电叶片长度的不断增加,挥舞疲劳测试时叶片自重和夹具重量对叶片产生的影响已无法忽略。本文以株洲时代新材料科技股份有限公司某90 m级叶片挥舞疲劳试验主梁失效为研究对象,测试了主梁拉挤板在不同应力比情况下的疲劳S-N曲线,基于Goodman等寿命图提出一种新的复合材料疲劳寿命预测方法。通过考虑平均应力对主梁疲劳寿命的影响,文章对比分析理论试验预测损伤及疲劳试验实际损伤,得出两个重要结论:(1)现有不考虑叶片自重的挥舞疲劳试验载荷等效方法已不能反映叶片的实际受载情况;(2)本文提出的考虑均值的Goodman疲劳寿命计算方法能够较准确地预测叶片的疲劳试验寿命。

船用钢/铝爆炸焊过渡接头的疲劳试验

为了测试船用钢/铝爆炸焊过渡接头的疲劳性能,基于有限元方法,以钢/铝过渡接头为研究对象,重点研究过渡接头结合界面的疲劳强度,设计由3种材料组成的爆炸焊过渡接头试样,并结合数值仿真,对过渡接头试样在试验载荷下的受力进行分析,得到应力集中和容易疲劳失效的位置。结合试验研究,开展不同应力等级下过渡接头的疲劳试验,获取试样疲劳断裂数据,结合数值仿真和试验研究得到爆炸复合过渡接头整体应力分布和失效部位。通过疲劳试验发现试样断裂面均出现在铝合金和纯铝的界面处;通过试样疲劳循环次数拟合得到了名义应力的S-N曲线。该研究成果可用于指导船用爆炸复合结构的疲劳寿命预报,为船舶轻量化设计提供参考。

主减速器台架疲劳试验等效方法研究

为了提高主减速器台架疲劳试验的准确性和效率,提出了基于实际行驶载荷谱的台架疲劳试验等效方法。在采集用户和试验场实际行驶载荷谱基础上,基于雨流计数和精英策略非支配排序遗传算法关联用户路面,等效重构试验场道路工况和道路载荷谱。为验证等效方法的有效性,建立主减速器有限元模型并进行静强度分析,验证了网格无关性和模型有效性。结合瞬态动力学模型研究了不同转矩、转速与齿轮应力之间的关系,得到程序载荷谱幅值所对应的频次等效关系;结合转速与齿轮应力之间的关系和各转矩区间的转速概率密度分析,确定了各个等级载荷谱对应的转速,编制了旋转弯曲疲劳试验程序载荷谱;结合有限元模型,验证了编制载荷谱与原始载荷谱的等效关系。结果表明,齿轮在等效载荷谱的作用下与原始载荷谱的损伤部位一致,损伤值最大误差为0.15%,并且加速了4.7倍。

海底电缆动态疲劳试验方法研究

海底电缆安装敷设与在位运行期间承受长期、复杂的动态荷载,容易发生疲劳失效。针对悬跨海底电缆动态行为复杂,缺乏模拟海底电缆与海床脱离点处疲劳试验方法的问题,该文搭建悬跨海底电缆与海床接触的原型疲劳试验装置,开发悬跨海底电缆疲劳试验方法,开展内部疲劳失效发生层动态应变信息测量方法研究。结果表明:动态疲劳试验能够准确模拟海底电缆疲劳受力状态并还原其在振动荷载下的结构响应,试验过程中的加载拉力误差低于15%,加载曲率误差低于10%,对海底电缆内部铅护套层的应变测量误差低于10%。该文提出的动态疲劳试验方法对海底电缆的结构失效验证具有很好的参考价值。

全机疲劳试验几个问题的探讨

全机疲劳试验是规范要求的保障飞机结构完整性以及满足适航要求的大型、复杂以及持续时间长的地面验证试验。全机疲劳试验的几个重要问题,例如试验目的、载荷谱、持续时间和分散系数等,是飞机设计师/工程师非常关注和充分讨论的问题,其中的分散系数也是研究者研究较多的问题之一。针对近年来完成的多个飞机型号的全机疲劳试验,本文介绍了对上述几个问题的研究和认识,对比了国内外5种型号战斗机的疲劳设计与全机疲劳试验情况,提出了关于全机疲劳试验的工程实用的一些建议。本文的研究可以为其他飞机全机疲劳试验提供有益的参考。

声发射技术在复合材料壁板压-剪复合载荷疲劳试验损伤扩展监测中的应用

利用声发射技术对某飞机复合材料机身壁板压-剪复合载荷疲劳试验中位于壁板长桁上的两处初始损伤开展了连续跟踪监测,试验过程中对各监测通道声发射信号的幅值、能量、计数等特征参数进行实时统计分析,在试验中成功监测到其中一处损伤的扩展,为试验结论分析提供了重要数据支撑。

全海深潜水器载人舱球壳模型疲劳试验研究

载人舱球壳作为全海深载人潜水器最关键的部件,在潜水器下潜及上浮过程中需承受交变海水压力,对结构长期安全性来说是一个巨大的考验。为考核全海深载人潜水器载人舱球壳疲劳性能,本文首次对内径800mm的载人舱钛合金球壳缩比模型开展疲劳试验研究,分析疲劳载荷对球壳形状、焊缝残余应力、关键部位结构应力、缺陷萌生和扩展的影响,为全海深载人潜水器载人舱球壳的疲劳性能和结构安全性评估提供试验依据。

金属橡胶桥梁支座疲劳试验研究

以某公路桥梁为工程背景,设计并制作了两个足尺金属橡胶桥梁支座试件,开展了200万次的竖向疲劳试验,探讨了疲劳前后支座力学性能的变化规律。在疲劳试验过程中每隔20万次进行了一次压缩试验,得到了一组支座竖向压缩滞回曲线。疲劳试验前后分别进行了支座压剪试验,得到了支座水平剪切滞回曲线。引入疲劳损伤因子对金属橡胶桥梁支座的疲劳损伤进行了定量表征。结果表明:金属橡胶桥梁支座疲劳损伤主要表现为内部金属丝之间的磨损、局部断丝、掉丝。疲劳损伤会显著降低支座一侧的水平承载力、屈服后刚度和等效剪切刚度,且使支座的水平剪切滞回曲线变得明显不对称,但会增大支座的整体耗能能力。支座竖向等效刚度及等效阻尼比随着疲劳加载次数先增大后减小然后再趋于稳定。200万次疲劳循环后的剪切等效刚度、竖向等效刚度及竖向等效阻尼比损伤因子均小于0.3,支座具有良好的疲劳性能。

焊接构造细节疲劳试验数据统计特征分析

疲劳试验是钢结构疲劳设计的基础,由于疲劳试验数据的高离散性,应结合数理统计分析建立具有可靠度保证的失效概率-可靠度指标-应力幅-疲劳寿命(P-α-S-N)曲线.本文对现有国内外主流规范中疲劳试验数据统计分析方法进行汇总,并对容限系数k的计算方法与概率假设进行对比,分析容限系数k随可靠度指标α及失效概率P的分布情况以及有效数据个数n对其影响情况.对现有文献中对接焊缝、传力十字接头及非传力十字接头3类典型焊接构造细节疲劳试验数据进一步开展了统计分析,建立了可靠度指标α分别为0.95、0.75和0.50时的焊接构造细节P-α-S-N疲劳设计曲线.结果表明:现有规范中3种焊接构造设计曲线均偏于安全且与本文数据统计分析结果较为接近;相较于样本数量充足的情况,当试验样本数较小时可靠度指标α及失效概率P对容限系数k的影响更为显著;焊接构造细节疲劳试验数据拟合标准差SD集中在0.12~0.19,随疲劳试验样本数量减少,数据整体标准差SD倾向于增加,单侧容限系数k_((P,α,v))及疲劳设计曲线与中值S-N曲线偏移量k_((P,α,v))SD均呈上升趋势;当样本数量充足时,可靠度指标取值对焊接构造细节疲劳设计曲线影响较小,而当样本数量较小时(小于272),可靠度指标取值对焊接构造细节疲劳设计曲线影响增大.本文所建立的3种焊接构造细节P-α-S-N曲线将对确定焊接钢结构疲劳设计与安全评估可靠性及其他疲劳试验的规划和开展提供有益参考.

夹芯复合材料板架强度试验及典型节点疲劳试验验证研究

[目的]夹芯复合材料在船舶结构中的应用日益广泛,为保证结构的强度特性,夹芯复合材料结构与钢质主船体之间通常采用螺栓连接,但由于孔周围的局部应力集中及连接位置的边界效应,螺栓连接位置通常为结构最危险的位置,需要进行强度及疲劳校核。[方法]针对一实尺度钢-夹芯复合材料板架结构,通过试验方法和有限元方法对板架在0.1 MPa均布载荷作用下的强度特性进行研究。通过对比试验测量与有限元计算的结果验证有限元方法的计算精度。基于有限元方法,通过结构应力等效的方式,设计两个等效疲劳试验节点,通过试验方法对钢-夹芯复合材料结构的疲劳寿命进行考核验证。[结果]研究发现,该板架结构在设计载荷下的疲劳寿命满足500万次循环的设计要求。[结论]对于大型螺栓连接结构的疲劳问题,可设计等效节点进行疲劳试验,通过结构应力等效的方式进行载荷等效。

螺栓球与圆钢管组合试件的超低周疲劳试验研究

随着社会经济的发展,越来越多的大跨度空间网格结构成为城市避难场所,因而强震下空间网格结构的安全性显得尤为重要。为研究螺栓球与圆钢管组合试件的超低周疲劳性能,对其进行了超低周疲劳试验,获得了组合试件超低周疲劳破坏形态的相关数据。试验数据表明:构件在整体失稳的情况下仍表现出稳定的滞回性能。对比分析了9种螺栓直径对试件滞回性能、骨架曲线和刚度退化的影响。

地铁焊接构架虚拟动态疲劳试验方法研究

焊接构架的台架动态疲劳试验包含多种不同加载频率载荷的叠加,并涉及到载荷方向和加载位置的变化,结构的应力状态变化较为复杂。为了利用数值方法获得更为可靠的疲劳评估结果,文中提出了新的基于主S-N曲线方法虚拟动态疲劳试验方法。该方法首先根据疲劳载荷的实际加载历程,计算试验过程中各时间点构架真实的结构应力,并利用雨流计数方法得到关键位置的结构应力范围和循环次数;然后利用主S-N曲线和Miner准则计算接头疲劳损伤,并进而识别出结构的相对疲劳薄弱位置;最后以某型号地铁构架为计算对象,计算并分析了典型接头的结构应力历程及特点,得到关键焊缝的疲劳损伤。计算结果表明,主体疲劳试验条件下构架的最大损伤为0.62,位于抗侧滚扭杆座焊缝。

钢悬链线立管全尺寸共振弯曲疲劳试验系统与模态分析

钢悬链线立管(steel catenary riser,SCR)作为支撑海上平台和其他关键设备的重要组成部分,在极端的海洋环境中长时间服役运行时,其结构完整性和安全性至关重要。为确保SCR立管在恶劣环境下的安全运行,对立管进行共振弯曲疲劳试验研究成为必要的评估标准,同时也为后续立管疲劳寿命预测和失效分析提供基础。针对两种特定型号的SCR立管,推导并求解不同约束条件下的共振系统的固有频率与振型函数,分析管道长度、管道壁厚、偏心块和配重块质量对共振系统固有频率的影响;在此基础上开展不同特定工况下的全尺寸共振弯曲疲劳试验,同时对SCR立管在全尺寸共振弯曲疲劳试验系统中不同跨距及内压的振动响应特性进行了模拟。结合理论分析、有限元计算和共振弯曲疲劳试验结果,发现管道长度和两端的配重约束是影响共振系统1阶固有频率的重要参数,特别是在管道长度较短和壁厚较薄的情况下,影响更为显著。此外,注水加压和跨距增加会降低共振系统的固有频率,支撑跨距越短,系统的固有频率越大。分析所得结果为SCR立管的共振弯曲疲劳试验系统结构设计和试验方案优化提供了重要的参考依据。

M24高强度螺栓低周疲劳试验与理论研究

为探究M24高强度螺栓低周疲劳破坏机理,对18个20MnTiB材质的10.9级M24高强度螺栓进行了低周疲劳试验研究,并针对典型螺栓试件进行宏观和微观断口分析。另外,基于拟合Coffin-Manson公式和幂指函数公式,探讨了疲劳试验加载频率与螺栓低周疲劳寿命之间的关系,并采用ABAQUS和Fe-Safe软件建立有限元模型,进一步探讨了螺栓低周疲劳断裂机理及其影响因素。结果表明:10.9级M24高强度螺栓低周疲劳破坏模式主要分为脆性断裂和非脆性破坏,且疲劳断裂方式与加载频率无明显相关性;疲劳断口扩展区面积占比较少,瞬断区面积较大且更粗糙;疲劳源形核期短,裂纹形核容易,且断口边缘分布多个疲劳源,造成裂纹扩展过程中产生大量二次裂纹,降低了疲劳裂纹扩展寿命;螺栓内部含碳杂质会促进裂纹的萌生与扩展,降低了螺栓的裂纹萌生寿命;当加载频率为0.2 Hz时,螺栓低周疲劳寿命关系更契合幂指函数公式;当加载频率为0.5 Hz时,Coffin-Manson公式拟合程度更好;数值模拟所得螺栓应力集中位置与低周疲劳试验中试件断裂位置基本吻合;Fe-Safe软件模拟高强度螺栓低周疲劳寿命具有一定可行性。

全海深潜水器载人球壳缩比模型疲劳试验技术研究

为考查全海深载人潜水器载人舱球壳在交变海水压力作用下的结构长期安全性,项目中共设计2只钛合金缩比球壳在深海环境模拟装置内开展疲劳试验。为降低对深海环境模拟装置的损伤并有效缩短试验时长,提出了一种超高压深海环境下采用内外压差法开展的双球并行疲劳试验技术,并据此进行了近7000个循环周期的加卸载试验。结果表明,该试验技术长期有效可靠,可为同类型试验提供技术依据和应用参考。

船用5059铝合金材料及焊接接头低温疲劳试验以及寿命评估

5059铝合金具有很好的力学性能和耐腐蚀性,已成为船体结构的首选,然而现行规范缺乏5059铝合金材料的疲劳S-N曲线,难以进行对使用该铝合金材料船舶结构的疲劳评估。该文设计了5059铝合金材料及1个典型的船用焊接接头,进行了室温和低温(-35℃)疲劳试验,结合试验数据使用最小二乘法拟合出相应的疲劳S-N曲线。建立了疲劳试验试件的有限元模型,将有限元分析得到的应力通过外推法插值得到热点应力,代入拟合的S-N曲线预测疲劳试件寿命,并与疲劳试验结果比较。结果表明,所提出的5059铝合金材料和焊接接头S-N曲线可用于低温环境下船舶结构的疲劳寿命评估。

用于缝翼疲劳试验随动加载方法研究

某型飞机缝翼全尺寸疲劳试验属于结构疲劳适航验证试验,其主要目的是暴露缝翼结构的疲劳薄弱部位,验证缝翼是否满足广布疲劳损伤(WFD)的相关要求,为结构设计和制造工艺改进及制定飞机结构的有效性限制(LOV)和相关WFD敏感结构的结构更改点提供试验依据。试验过程中,缝翼翼面随试验载荷谱工况变化,打开角度发生变化。为模拟真实缝翼运动状态和受载情况,保证缝翼结构在不同构型下加载的准确性,本试验要求翼面随动加载。本文根据试验要求提出了一种随动加载方法,设计了一种随动加载机构,在缝翼收放过程中,通过控制随动加载机构,使加载作动筒的固定点跟随缝翼加载点同步运动,实现翼面偏转、加载点位置和加载力同步协调一致,最终实现缝翼载荷的随动加载。

T/CPI 13005-2023《连续油管全尺寸疲劳试验方法》标准制定与解析

为了规范连续油管全尺寸疲劳试验程序,结合多年试验经验,以T/CPI 13005-2023《连续油管全尺寸疲劳试验方法》标准制定为切入点,分别从标准制定的必要性、编制过程、主要技术内容等方面对该项标准进行解析,以期为我国连续油管疲劳试验以及产品生产和研究提供标准依据,促进行业发展。

齿轮接触疲劳试验研究综述

齿轮接触疲劳性能是齿轮设计中的关键指标,对齿轮的安全使用十分重要。本文结合文献调研、行业交流和课题研究经验,详述了国内渗碳淬火齿轮接触疲劳试验研究现状和发展趋势,对试验齿轮、试验原理、试验装置及试验方法进行综述,重点归纳对比了现有的齿轮接触疲劳试验方法,总结了各个试验方法的适用范围。最后,就加强小样本试验方法研究和结合机器视觉、人工智能进行试验研究两个方面进行了展望。

疲劳试验对GIS波纹管补偿器材料显微组织的影响

文中对疲劳试验前后的GIS波纹管补偿器进行硬度测试、显微组织观察以及化学成分分析等试验,为改进GIS波纹管补偿器制造工艺提供参考。试验结果表明:未经过疲劳试验条件下,试样直边段处的硬度最低,波谷处的硬度最高;而相同位置条件下,经过疲劳试验的试样硬度均大于未经过疲劳试验的试样。试样显微组织均为奥氏体+马氏体,其中疲劳试验后的试样波谷(断口)位置晶粒度最大;较大的晶粒度导致样品波谷处强度增加。化学成分分析结果表明:疲劳试验前后试样化学成分发生偏析,元素的偏析会导致奥氏体不锈钢产生马氏体相变。