Fatigue Life Estimation for an Aircraft Engine Fan Blade

In this paper,stress states under corresponding condition of an aero-engine fan blade using finite element stress-strain analysis for three work cycles in the 900 h load spectrum are obtained.Through the nominal stress method,we calculated the fatigue notch factor and combined the material characteristics of TC6 to correct the material curve to the fan blades curve. Finally,the fatigue life of a fan blade was estimated using the linear cumulative damage rule and nonlinear cumulative damage theory.

宽温域VL型密封结构应力分析及寿命预测

建立VL密封结构模型,在不同温度条件下,研究其应力状态分布。以Miner损伤机理为基础,疲劳累计损伤理论为指导,研究不同温度条件下,VL型密封结构中O型橡胶圈、L型圈的疲劳寿命变化规律和疲劳寿命状况。结果表明:随着温度增加,O型橡胶圈的Mises应力变化不大,疲劳寿命先增加后减小,当温度为25℃时,危险点处疲劳寿命最大,为7.341×10^(7)次,且疲劳寿命随着温度的增加,由局部变化转变为整体变化;L型圈的Mises应力由60.19 MPa逐渐减小到26.38 MPa,位置由底部开始,向内壁转移,最后到L型圈内部为止,最小疲劳寿命为2.21×10^(5)次。此外,在低温环境下,L型圈最小疲劳寿命较小,但平均疲劳寿命较大;在高温环境下,L型圈最小疲劳寿命较大,但平均疲劳寿命较小。

基于累计损伤理论的汽车差速器壳体疲劳寿命仿真分析

文章介绍了一种基于累计损伤理论的汽车差速器壳体疲劳寿命仿真分析方法。首先通过MASTA建立整车传动系统的分析模型,以台架试验的加载扭矩作为输入载荷,获取差速器壳体的瞬态工况受力情况。之后在差速器壳体的有限元模型上进行静力学分析,获取旋转一周时的应力历程。最后在FEMFAT中进行瞬态疲劳寿命分析,获取了差速器壳体的累计损伤和疲劳寿命。通过差速器疲劳寿命台架试验,验证了该仿真方法的准确性和可靠性,可应用在差速器壳体的设计开发中。

撕碎机刀片的疲劳寿命分析

针对撕碎机刀片工作过程中疲劳寿命计算问题,利用Workbench建立撕碎机刀片物理模型,通过仿真得出的撕碎机刀片应力应变云图,发现了撕碎机刀刃处的应力集中区域。而后,采用Goodman理论修正平均应力,并对撕碎机刀片施加随机载荷,得到撕碎机刀片的疲劳敏感性图。依据高周疲劳的寿命分析方法,建立三参数P-S-N模型,通过查表确定该曲线的参数,得到不同存活率P下的S-N曲线。并利用得到的P-S-N曲线,建立基于Miner理论的疲劳累积损伤模型,根据有限元仿真得到的安全应力变化幅度,设计满足寿命要求的载荷谱模拟撕碎机刀片在实际工况下的疲劳损伤。通过数值求解,得出撕碎机刀片最大使用寿命为2.4618年,从而验证了所述研究方法在撕碎机刀片疲劳寿命分析上的有效性。

兆瓦级风机变桨轴承与轮毂连接螺栓的疲劳分析

针对1.5 MW级风电机组叶片与轮毂连接处变桨轴承上的螺栓,提出一种计算连接螺栓的疲劳损伤值的方法。首先,运用Abaqus软件建立合理的有限元模型,对叶根中心处加弯矩载荷,利用Matlab完成弯矩时间历程谱转换成应力时间历程谱。最后对应力时间历程谱进行雨流计数法处理,再利用Miner线性累计损伤理论和S-N曲线对螺栓进行疲劳分析计算。结果表明螺栓的疲劳损伤值在安全范围内,风机到达使用寿命前螺栓的疲劳损伤很小。研究工作可以指导整个风机上连接螺栓的优化设计,为螺栓疲劳设计和寿命分析提供参考。

疲劳裂纹扩展模型中表征裂纹闭合水平参数的确定

借助7075-T 6铝合金、6013铝合金以及0.45w t%碳钢的疲劳试验数据,结合上述材料的力学性能参数,通过非线性最小平方拟合方法,研究了表征裂纹闭合水平参数k对疲劳裂纹扩展率的影响。研究结果表明,对于宏观裂纹范围内的疲劳裂纹扩展,参数k只要大于某个值就对疲劳裂纹扩展率无影响;而对于小裂纹阶段的疲劳裂纹扩展,参数k对疲劳裂纹扩展率的影响较明显,因此参数k的大小主要取决于小裂纹扩展数据。依据0.45w t%碳钢疲劳试验数据,相应参数k的建议值为6 000m-1。

用现有疲劳试验数据确定疲劳裂纹扩展率

疲劳寿命的预报在船舶与海洋工程领域中相当重要 ,但其关键问题是要找到一种较科学的疲劳寿命预报方法。最近 ,本文第二作者提出了一种海洋结构物疲劳寿命预报的统一方法。该方法是基于疲劳裂纹扩展理论而发展起来的 ,在其九个参数模型的假设之下 ,能够较好地解释一些其它方法所不能解释的现象。采用该方法的主要障碍在于需要确定疲劳裂纹扩展率。作者通过对不同的疲劳裂纹扩展率的比较研究 ,并推广Mc Evily模型后 ,提出了一个具有较宽适用范围的九个参数疲劳裂纹扩展率模型 (从门槛域一直到不稳定断裂域 )。本文的主要目的是解决如何根据一些现有的疲劳试验数据来确定这九个模型参数的问题。文中给出了通过实验数据确定裂纹扩展率模型中各个参数的方法 ,并进行了模型参数的灵敏度分析。通过对文献中一些试验数据的收集 。

航天器电子元器件疲劳寿命分析

为研究空间环境效应对航天器电子设备元器件疲劳寿命的影响,应用Miner累积损伤理论及三带宽技术,根据表贴元器件经历的试验、发射和在轨运行等实际环境进行振动及热疲劳寿命分析.给出振动及热循环疲劳寿命的计算方法,并以某BGA(Ball Grid Array)器件为例进行分析.该方法可为长寿命、高可靠的航天器电子设备抗力学及热设计提供分析途径.

金属疲劳裂纹扩展率曲线与S-N曲线之间的关系(英文)

目前有两种不同的理论用于预报金属结构的疲劳寿命。一种是基于S-N曲线的累积疲劳损伤理论 ,另一种是基于裂纹扩展率曲线的疲劳裂纹扩展理论。如果都把一个构件的最终断裂作为疲劳破坏的定义 ,则S -N曲线和裂纹扩展率曲线均是反映金属在疲劳载荷作用下的基本材料特性。尽管在过去这两种曲线是分别测试的 ,但它们之间应该存在一些相互关系。本文的主要目的就是讨论它们之间的关系。基于S -N曲线的一个一般表达式和裂纹扩展率曲线的一个有代表性的表达式 ,本文建立了两种曲线之间的一个正式关系 ,这表明只需要测试一种曲线 ,而另一种曲线就可以根据已有的试验结果导出。文章以一个中央裂纹平板作为例子 。

重型汽车变速器箱体结构强度及疲劳分析

考虑传动系非稳定工况下的动载荷效应,在某重型汽车变速器箱体的强度校核时提出了2种极限工况,同时对箱体进行了疲劳性能优化设计。基于静力学分析得到的强度和刚度结果,应用Miner线性积累疲劳损伤理论进行了箱体疲劳寿命分析,根据分析结果对变速器箱体的应力集中区域进行了局部结构优化设计,优化后箱体的最大损伤值明显降低,能够为变速器箱体的设计提供一定的参考。

变幅载荷疲劳裂纹扩展预测模型

为克服变幅载荷疲劳裂纹的预测中受到的实验成本、时间、载荷谱型等诸多因素的限制,在常幅载荷下S-N曲线与疲劳裂纹扩展曲线关系的基础上,研究了变幅载荷下两曲线之间的关系,并结合疲劳累积损伤理论,推导了块谱载荷裂纹扩展裂纹长度的预测方法,同时考虑了超载迟滞效应的影响,最后进行了实验研究.实验与计算结果表明该方法有效、便于工程应用,该方法可用于结构设计阶段对疲劳裂纹扩展寿命的预测.

矿用高强度圆环链损伤机理及寿命预测

为解决在传统设计中采用物理样机计算圆环链疲劳寿命时耗资巨大的问题.利用有限元和相对类似损伤理论的方法对矿用高强度圆环链进行寿命预测.得到了圆环链的等效交变应力、寿命云图和基于相对类似损伤理论的寿命预测数学模型.结果表明:通过有限元法计算圆环链的疲劳寿命具有一定可行性;相对类似损伤理论对于圆环链的寿命预测具有很好的适用性;并且这两种寿命预测方法可以降低制造物理样机和进行耐久性试验所带来的巨额研发费用.

基于非线性累积损伤理论的起重机桁架臂K节点疲劳寿命研究

起重机桁架臂焊缝数量多、受力状况复杂,K节点的疲劳寿命采用线性Palmgren-Miner(PM)法则进行计算的精度较差。提出了基于虚拟样机技术的"实测+仿真+比对+统计"组合策略的载荷谱获取方法,可以极大幅度降低实测应力谱的工作量和成本。首次将Huffman非线性累积损伤理论应用于桁架臂K节点疲劳寿命分析,通过设定焊接构件不同的初始损伤,得到了使计算疲劳寿命趋于适度保守的初始损伤建议值。疲劳试验结果表明:此方法比PM法则计算精度更高,由于只需要循环应力-应变曲线和常幅应变寿命曲线等少量的材料性能数据,计算简单,工程应用价值较大。

桥式起重机吊钩横梁的疲劳寿命估算

以某库房32 t桥式起重机的吊钩横梁为研究对象,通过有限元分析和现场实测确定吊钩横梁危险部位应力与起重量的关系;并通过监测起重机的工作循环次数和起重量获取吊钩横梁危险部位的应力谱。在此基础上,结合材料的P-S-N曲线,利用线性累积损伤理论对吊钩横梁进行了疲劳寿命估算。

一类考虑载荷相互作用效应的Manson-Halford改进模型

在变幅载荷作用下,加载顺序以及不同载荷水平之间的相互作用对结构疲劳寿命有显著影响。MansonHalford非线性累积损伤模型较好地解释了加载顺序的影响,但未能考虑载荷间的相互作用效应。在MansonHalford模型及其既有改进模型基础上,引入前后两级载荷应力比的高次方项以体现载荷相互作用效应对结构损伤演化以及疲劳寿命预测的非线性影响。进一步构建了此类改进模型的统一的幂形式表达式,当幂指数取不同值时可得到原模型及各改进模型。根据3种常用材料的疲劳试验数据,对不同模型的疲劳寿命预测有效性和可行性进行对比分析,最后给出前后两级载荷应力比的e次方的建议。对比结果显示:与既有模型相比,本文所建议模型能够更好地体现载荷相互作用效应,有效地提高变幅载荷作用下疲劳寿命预测的精度。

用于钻机支撑连接的螺栓疲劳寿命分析

疲劳断裂是钻机中连接螺栓的主要失效形式。结合工程实际,建立基于线性疲劳累积损伤理论的高强度螺栓安全寿命估算方法,绘制螺栓零件的S-N曲线,并利用修正Miner准则估算螺栓的疲劳寿命。借助有限元平台以及疲劳仿真软件n Soft的FE-Fatigue模块,对连接螺栓进行疲劳强度仿真试验,确定了动应力下连接螺栓的疲劳损伤位置,并得到仿真疲劳寿命,验证了理论计算疲劳寿命的合理性。对高强度螺栓的疲劳设计、校核以及寿命估算有一定的借鉴意义。

玻璃钢纤维复合材料横担高周疲劳性能

针对由风致振动引起的输电塔复合材料横担疲劳问题,对6个新型足尺带钢套管的玻璃钢纤维(GFRP)复合材料横担试件进行了高周(50万次)疲劳性能试验研究,监测了试件的受力状态,分析了其荷载-位移-时间曲线和耗能能力的变化.对未发生明显疲劳破坏的试件进行极限承载力试验,得到其剩余极限承载力.基于剩余强度理论评价了试件的累积损伤并对其疲劳寿命进行预测.结果表明:GFRP复合材料横担试件具备良好的抗疲劳性能,最不利荷载工况下的平均疲劳寿命可达550万次,安全裕度较高.

橡胶隔振器加速疲劳试验谱的编制方法研究

通过大量的橡胶动静刚度试验和疲劳试验,分别获取了某填充型天然橡胶材料在各试验条件下的动静比数据表和疲劳寿命数据表。以发动机悬置为例,在充分考虑橡胶材料动态特性的基础上,建立了道路载荷值与应变值的转换关系。对采集的道路载荷谱进行雨流计数,根据Miner线性损伤累积理论与损伤等效原则,编制得到最终的加速疲劳试验谱。用该谱对发动机悬置进行疲劳试验,结果表明:用该方法编制的加速疲劳试验谱可成功应用于悬置等橡胶隔振器零件的疲劳试验,并且较大程度地缩短了试验与产品开发周期。

随机振动下装配误差对液压导管疲劳寿命影响仿真分析

在军事实战化训练强度全面提高的背景下,战斗机液压导管频繁出现裂纹、漏油等严重威胁飞行安全的故障情况。针对后机身液压导管疲劳寿命与机体结构寿命不匹配的问题,重点以装配误差作为液压导管疲劳寿命主要影响因素开展仿真分析研究。从随机振动载荷疲劳寿命分析入手,运用数字建模方法绘制典型管路模型,结合Miner线性累计损伤理论,利用有限元分析软件设置疲劳计算程序对正常装配液压导管疲劳寿命进行仿真评估。根据管路不同装配误差情况调整模型设置,基于结构动力学理论,对不同装配误差下的液压导管进行疲劳寿命分析,得到当装配误差大于0.73mm,液压导管疲劳寿命将低于3 000飞行小时机体寿命的分析结果。研究成果为进一步开展航空液压导管装配理论研究提供了技术支撑和经验参考。

新疆东部地区750 kV输电塔疲劳寿命分析

为研究大风区输电塔疲劳性能,完善输电塔的设计并为其提供指导,本文在研究了新疆东部吐鲁番—哈密输电线路沿线的风荷载特性后,选取其中十三间房地区的风速为计算风速,统计了该地区平均风速的分布,然后利用自回归线性滤波法结合Davenport风速谱编写了脉动风速模拟程序,得到该地区的脉动风速,再结合平均风速生成风荷载,并以此对该地区750 kV 7A5-ZB1型直线塔进行了风振响应分析。最后利用Miner线性累积损伤理论结合材料的S-N曲线建立了一套完整的实际风荷载作用下的输电塔疲劳寿命的计算方法,并按该方法计算了该输电塔的疲劳寿命。结果表明:该大风区输电铁塔在设计基准期内(50年)虽未发生疲劳破坏,但疲劳寿命与设计基准期十分接近。因此,建议在大风区域的输电线路杆塔设计中校验其疲劳寿命。