基于修正Coffin-Manson模型的加速寿命试验设计与评估

针对温度循环应力下加速寿命试验数据处理困难而限制其应用的问题,提出了一种基于修正Coffin-Manson模型的加速寿命试验设计与评估方法。运用修正Coffin-Manson模型建立了温度循环试验的加速因子模型,给出了试验条件设计的原则。用一元和二元线性回归评估了加速因子模型的参数进而对产品寿命进行外推,得到了正常应力条件下的可靠度函数。Monte Carlo仿真实例表明,该方法能有效地评估产品温度循环应力下的寿命。

考虑极限应力相对量度的Manson-Coffin改进模型

针对非对称载荷作用下平均应力对结构的疲劳寿命有显著影响的特点,在Manson-Coffin模型及其既有改进模型基础上,引入屈服极限和强度极限应力之间的相对量度对疲劳强度系数σ_(f)′进行修正,以体现平均应力对疲劳寿命的非线性影响,从而建立了改进的Manson-Coffin模型.根据三种常用材料的疲劳试验数据,对前述改进模型的疲劳寿命预测有效性和可行性进行验证.结果表明:与传统Manson-Coffin模型和其既有改进模型相比,所建议的模型能够更好地体现平均应力对疲劳寿命的非线性影响,有效地提高了非对称载荷作用下低周疲劳寿命预测的精度,为实际工程中结构的疲劳寿命提供了有效的预测技术.

基于温度循环加速退化试验的光纤连接器寿命评估

针对光纤连接器在温度交替变化下寿命评估难的问题,提出一种基于修正Coffin-Manson模型的寿命评估方法。首先,分析了光纤连接器失效模式、机理。接着,开展光纤连接器多个加速应力水平下的温度循环加速退化试验,基于插入损耗加速退化数据建立幂函数退化轨迹模型。然后,结合插入损耗的失效阈值,通过假设检验推导不同加速应力水平下光纤连接器的伪失效寿命。最后,引入修正Coffin-Manson加速模型,进而外推空间环境下光纤连接器寿命。本方法评估的某光纤连接器在实际应力水平下的寿命与实际寿命比较接近,验证了修正Coffin-Manson模型方法对光纤连接器寿命评估的有效性和可行性。

基于薄片漏斗试样的N06230合金高温低周疲劳性能研究

设计了薄片漏斗试样和配套弧形薄片夹具,对国产和进口N06230合金管薄片漏斗试样进行650℃高温低周疲劳试验,基于试验数据和能量密度等效方法建立循环应力幅-应变幅关系参数模型,利用有限元方法获得模型常数,并验证模型的准确性;利用该模型获得2种合金管的循环应力幅-应变幅曲线和应变幅-寿命曲线以及Manson-Coffin律参数,并对2种合金管的疲劳性能进行对比。结果表明:根据薄片漏斗试样高温低周疲劳试验数据和确定循环应力幅-应变幅关系参数模型常数,获得的应力幅-应变幅曲线与有限元分析预设的曲线相吻合,拟合优度均高于0.98,说明该模型对于预测材料循环应力幅-应变幅关系具有普适性和精确性;国产N06230合金管的循环应力幅-应变幅曲线及疲劳性能与进口合金管相近。

高应变率载荷下纯钛的非连续冲击疲劳失效模型及其微观机理

基于传统的分离式霍普金森拉杆系统,设计了应变控制的冲击疲劳寿命测试实验,研究了冲击疲劳加载下纯钛的微观演化机制及冲击疲劳对材料宏观力学行为的影响。通过对不同冲击疲劳试验阶段的试样开展准静态力学性能测试,借助扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)和电子背散射衍射(electron backscatter diffraction,EBSD)技术表征试样在不同阶段的微观组织以及冲击疲劳失效后的断口形貌,研究纯钛在冲击疲劳失效过程中的循环硬化/软化规律及其微观演化机制。结果表明:通过改变子弹长度可以实现应变控制的冲击疲劳寿命测试;Manson-Coffin疲劳寿命模型可以较好地反映纯钛的冲击疲劳寿命与应变幅值之间的关系;纯钛在冲击疲劳失效过程中表现出循环硬化的现象,这主要是疲劳过程中孪生变形引起的细晶强化和塑性变形引起的应变硬化共同作用的结果,纯钛的冲击疲劳损伤主要表现为变形能力的损失。

基于循环冲击加速试验的某O型橡胶密封圈寿命评估方法

目的 快速准确评估温度循环条件下某O型橡胶密封圈的贮存寿命。方法 模拟O型橡胶密封圈真实受压状况,设计专用夹具,在4个应力条件下开展温度循环冲击加速寿命试验,获得密封圈退化数据,分析并获得密封圈伪失效寿命,构建修正Coffin-Manson模型,并利用不同试验条件下得到的伪失效寿命数据对模型进行参数估计,获得Coffin-Manson寿命预估模型,外推常温条件下密封圈的贮存寿命。结果 通过试验表明,指数模型相比对数模型与线性模型能更准确描述密封圈的退化情况,经Coffin-Manson模型评估,该O型橡胶密封圈常温条件下的贮存寿命为6.13 a,与工程经验数据吻合。结论 所提出的基于循环冲击加速试验的O型橡胶密封圈寿命评估方法可以准确评估密封圈的贮存寿命,大大缩短试验周期,节省寿命评估试验时间和成本,为密封器件的寿命评估提供了参考。

主动悬架系统功能耐久试验方法研究

本文基于我司某主动悬架系统开发的可靠性验证需求,通过采集用户使用的几类典型工况,结合“Coffin-Manson”理论模型并基于用户关联,制定出悬架系统功能耐久的真实寿命目标与加速方法,建立可执行的台架耐久试验方案,为项目的系统试验验证提供可靠的支持与保障。

应变强化022Cr17Ni12Mo2奥氏体不锈钢室温低周疲劳性能研究

采用MTS809伺服液压试验机、金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪,研究了应变强化022Cr17Ni12Mo2奥氏体不锈钢的室温低周疲劳性能。研究结果表明:与固溶处理(ST)试样相比,应变强化(PSS)试样显示了较低的全应变疲劳寿命。除预应变4%试样在应变幅0.25%以及预应变8%试样在应变幅0.25%,0.5%表现了连续的软化,ST与PSS试样在整个循环中显示了初始循环硬化的应力响应。ST和PSS试样的裂纹萌生、扩展模式均为穿晶扩展。采用Manson―Coffin方程对各试样的低周疲劳寿命进行了预测。

0Cr18Ni10Ti管道钢的随机循环应变-寿命关系

试验研究了管道钢0Cr18Ni10Ti的随机循环应变-寿命关系。基于Coffin-Manson方程,提出了考虑了任意存活概率和置信度的随机CSL关系的模型及参数的求解方法。模型由概率-应变-寿命曲线、置信度-应变-寿命曲线和概率-置信度-应变-寿命曲线组成,分别用于表征试验数据分散性规律、数据量以及两者同时对概率评价的影响。试验数据的分析结果验证了模型的有效性和实用性。

基于等效应变的轮盘低循环疲劳寿命预测

针对轮盘低循环疲劳载荷非对称及其主要寿命区限,提出一种简化的等效应变寿命预测模型,对某型发动机高压压气机I级盘进行了低循环疲劳寿命预测。补充了1Cr11Ni2W2MoV材料轴向应变控制的低循环疲劳试样试验,设计了高压压气机I级盘低循环疲劳试验件,在旋转试验器上进行了轮盘的低循环疲劳试验,得到3个盘的平均低循环疲劳试验寿命为4 280个试验循环。通过与试验寿命的比较,等效应变寿命预测误差为41.8%,Manson-Coffin预测误差为99.2%。结果表明:简化的等效应变寿命预测方法是有效的,而且对试验盘的寿命预测精度比Manson-Coffin预测模型高。

一种考虑材料损伤的低循环疲劳寿命预测方法

为了更加精确地预测材料的低循环疲劳寿命,对三参数幂函数公式和拉伸滞后能寿命模型进行研究,提出了基于三参数幂函数的损伤能寿命预测模型。分别利用该模型和Manson-Coffin公式对高温合金、钛合金及结构钢等多种材料的低周疲劳试验数据进行拟合并将其分析结果进行对比;根据GH4133合金250℃时的低循环疲劳试验数据,建立了该条件下材料的循环应力-应变曲线和损伤能寿命预测模型,同时对曲线及模型进行验证。结果表明:建立的循环应力-应变曲线能够正确反映该条件下材料的应力与应变之间的关系;所提出的损伤能寿命预测模型对12种材料的低周疲劳试验数据的拟合效果较好,寿命预测精度明显高于Manson-Coffin公式。

温度交变条件下固体推进剂贮存寿命评估

针对固体推进剂在温度交替变化下贮存寿命评估难的问题,提出一种基于修正Coffin-Manson模型的寿命评估方法.首先,利用固体推进剂在多个加速应力水平下的温度循环加速退化数据,采用线性回归方法获得性能退化曲线;然后,结合失效阈值确定不同加速应力水平下的伪寿命;最后,采用多元回归方法确定加速模型—修正Coffin-Manson模型,进而外推正常条件下固体推进剂贮存寿命.采用本方法评估某固体推进剂在实际应力水平下的贮存寿命为16.7 a,与实际贮存寿命相比误差约为7.22%,表明该方法具有有效性和可行性,可以推广到其他固体推进剂或弹药在温度交替变化环境下的贮存寿命评估.

C250钢漏斗试样扭转低周疲劳研究

通过轴向循环拉压实验获得漏斗试样载荷-位移(P-V)曲线,并基于该曲线和有限元反演分析方法获得了材料的循环本构关系。利用该循环本构关系对漏斗试样进行三维扭转有限元分析,获得漏斗根部剪切应力与扭矩之间的转换公式,及漏斗根部剪切应变与名义扭角之间的转换公式,实现了漏斗试样扭转低周疲劳的研究。应用该方法,完成了C250钢漏斗试样常温下一条曲线的扭转低周疲劳实验,揭示了C250钢的疲劳行为,并给出了该材料的Manson-Coffin寿命预测模型。

CCGA焊柱受力状态下热疲劳寿命的研究

分析了CCGA器件在星载设备中的受力状态。采用非线性有限元分析方法和统一型粘塑性Anand本构方程,以CCGA组件焊柱为对象,建立了焊柱热应变损伤的三维有限元模型,并基于修正的Coffin-Manson方程,分析了力载荷对焊柱热疲劳寿命的影响。研究结果表明,力载荷在热循环条件下虽然对焊柱的应力影响不大,但对焊柱的塑性应变累积有明显的加剧作用,从而使焊柱的热疲劳寿命有显著降低,减少力载荷有利于提高焊柱的热疲劳寿命。

复合固体推进剂定应变-温度循环加速试验方法研究

目的建立复合固体定应变-温度循环加速试验方法。方法采用MSC.PATRAN有限元分析软件,仿真计算某型贴壁浇铸固体火箭发动机从零应力温度(68℃)固化降温至常温(20℃)的极值点vonMises应变最大值,利用自制应变加载装置对复合固体推进剂施加定应变。分析固体火箭发动机长期库房贮存的温度变化规律,在兼顾模拟性和加速性的基础上,设计并开展复合固体推进剂在4组不同应力水平下的温度循环加速试验。选用合适的性能退化模型和加速寿命模型,评估复合固体推进剂的可靠库房贮存寿命。结果某型固体火箭发动机从零应力温度固化降温至常温的极值点von Mises应变最大值为9.4%,复合固体推进剂4组温度循环加速试验的最高试验温度分别为75、75、60、60℃,温差分别为5、10、15℃,单个循环时长均为24h。复合固体推进剂在4组温度循环加速试验条件下的老化性能参数均为最大抗拉强度保留率,且在置信度为0.9时,其退化规律均符合指数型性能老化数学模型。结合失效临界值,计算出置信度0.9时的最低加速寿命分别为59、100、203、342 d。基于修正Coffin-Manson模型,利用多元回归分析方法,计算得到复合固体推进剂在长期库房贮存环境(最高温度298 K,年平均温差15 K)下,置信度0.9时的最低贮存寿命为20 a。结论在兼顾模拟性和加速性的基础上,建立了复合固体推进剂定应变-温度循环加速试验方法,并利用指数型性能退化模型和修正Coffin-Manson加速寿命模型,快速获得复合固体推进剂的最低库房贮存寿命,为下一步开展固体火箭发动机装药贮存寿命预估奠定基础。

加卸载内压对卷绕后连续管疲劳寿命的影响

为研究加载历史对连续管疲劳寿命的影响,假设连续管疲劳寿命与等效应变幅和等效平均应变有关,提出了一种连续管多轴应变到单轴应变幅的等效方式,用修正Manson-Coffin关系式来计算连续管疲劳寿命。研究结果表明:用该方法计算的连续管寿命与试验拟合曲线非常接近;在弯曲状态下加载卸载内压再矫直对连续管寿命有影响,随内压增大,寿命缩短,但影响不大;加高内压时含斜接焊缝的连续管会翘起,其应变会增大。建议卷绕后连续管加载卸载内压的最大值不超过75 MPa,特殊情况下不超过85 MPa,卷绕时连续管排列整齐有利于减少连续管卷绕到滚筒后加载的高内压对连续管斜接焊缝的损伤。

基于有限元的缸盖低周疲劳寿命仿真分析

对cofiin-manson模型进行修正,通过有限元的方法对整机模型进行分析,得到缸盖的温度场及应力场分布;运用子模型的方法进一步分析缸盖燃烧室部分,针对发动机的典型工况仿真分析缸盖燃烧室的低周疲劳寿命,并找出主要影响参数。

星上产品温度循环加速寿命试验模型及试验设计方法研究

航天产品加速寿命试验一般都采用高温应力,加速模型应用阿伦尼斯模型。但除了受高温影响之外,星上产品在轨还长期受到温度循环应力的作用。目前国内航天产品开展温度循环应力加速寿命试验缺乏相关理论模型支持,本文针对温度循环加速寿命模型和试验设计开展了研究,可为星上产品开展温度循环加速寿命试验提供理论支持。

热障涂层热疲劳寿命预测模型研究

目的建立热障涂层寿命预测模型,并研究涂层寿命预测与各种应力应变信息的相关性。方法首先利用带热障涂层圆管试验结果,将涂层界面简化为余弦曲线,建立了相应的二维轴对称有限元模型;然后根据热障涂层疲劳试验结果,结合线性疲劳累积理论和Manson–Coffin低周疲劳模型,建立了热障涂层的寿命预测模型,并将拟合问题转化为寻优问题,使用遗传算法确定寿命预测模型中的系数;最后基于热障涂层试验的微观照片确定出危险点位置,选取正向、剪切、等效和通过二向应力应变分析方法提取垂直于余弦曲面形貌的11种应力应变信息进行寿命预测,并分析了寿命预测的最大误差和平均误差,对分析的结果进行了验证。结果采用等效应变范围进行涂层寿命预测的最大误差和平均误差最小,分别为50%和21%,涂层寿命与等效应力的相关性最大。采用等效应变进行寿命预测的结果与文献中的结果相比,最大误差降低了169.1%,整体的寿命预测值从±2倍分散带之内缩小到了±1.5倍分散带之内。采用等效应变范围进行不同工况下的涂层寿命预测,预测结果为130次循环,试验结果为160次循环,寿命预测的结果较好。结论证明了所建立模型的正确性与准确性,为涂层寿命预测提供了一种有效方法。

车载电子电器零件常用加速试验及可靠性计算方法

简要介绍电子电器零件结合环境应力的寿命加速模型,以及可靠性试验要求的计算方法。首先介绍了3种加速模型,以及其相应的应用情况;其次,根据给定的可靠度、置信度水平计算相应的可靠性测试要求;最后根据实际的测试结果,得到产品的实际可靠度,并以此来指导设计。