基于应变场强法的钢桥面板顶板-纵肋焊接节点疲劳寿命预测

钢桥面板顶板-纵肋焊接节点处疲劳现象频发,应力集中和残余应力是影响其疲劳寿命的关键因素。然而,常用评估方法大多以距焊趾/根一定距离的某一点的应力状态作为参量,忽略了焊接节点附近区域应力分布对疲劳寿命的影响。场强法可通过权函数考虑焊接节点附近区域的应力分布,因此本工作采用场强法进行顶板-纵肋焊接节点的疲劳寿命预测。基于已有疲劳试验,采用ANSYS软件建立顶板-纵肋焊接节点的有限元模型;再利用热-结构顺序耦合法计算残余应力,并施加疲劳荷载,得到应力幅最大位置的应变场强;最后,对适用于低周疲劳寿命评估的Manson-Coffin公式进行修正,实现该节点的高周疲劳寿命预测。研究结果表明:考虑残余应力计算的疲劳寿命较不考虑时误差会减小21.2%;与名义应力法、能量法相比,采用应变场强法预测的疲劳寿命精度会分别提高31.5%、38.2%。

基于应力应变场强法的轮盘疲劳可靠性分析方法

为了更精确地进行航空发动机轮盘的疲劳可靠性分析,考虑缺口区域应力应变分布对疲劳寿命的影响,通过有限元模拟试验确定材料场径,采用应力应变场强法对轮盘进行确定性疲劳寿命分析。考虑场强因子及各参数的随机性,利用分布式协同响应面建立疲劳可靠性分析模型,并建立基于应力应变场强法的轮盘疲劳可靠性分析流程。结果显示:99.90%可靠度下的轮盘疲劳寿命为9595循环,相比确定性安全寿命6557循环,轮盘具有一定的寿命裕度。而应力应变场强法与传统方法理论分析结果相比,传统方法分析结果偏小,趋于保守。验证了基于应力应变场强法进行结构疲劳可靠性分析的合理性。

应变场强法在涡轮盘–片结构寿命预测中的应用

场强法是一种精度较高的随机载荷疲劳寿命估算方法,值得深入研究和发展。根据场强法基本原理和某涡轮叶片材料光滑试件和缺口试件的疲劳试验数据,运用有限元分析方法对缺口试件试验进行模拟,推导了材料应变场强的计算公式并得到了材料的场径值。进而对涡轮盘–片结构进行瞬态热弹塑性有限元分析,确定结构危险部位应变场强,结合材料的应变–寿命试验曲线,最终得到了该盘–片结构的疲劳寿命。研究方法与推导过程详尽合理,场强计算公式简单,为预测复杂应力环境下的结构疲劳寿命提供了有益的参考。

基于应变场强法的涡轮盘-片疲劳/蠕变寿命预测

针对某燃气轮机动力涡轮工作叶片及轮盘,建立了耦合场及接触有限元模型。选取该装置典型启动过程作为计算载荷,并综合考虑了涡轮盘-片工作时承受的离心负荷、气流力、热负荷,进行热弹塑性有限元分析。根据分析结果,采用应变场强法对盘片危险部位进行了高温低循环疲劳/蠕变寿命预测。结果表明,有限元分析能比较全面精确地反映装置实际情况,因而寿命计算确保了预测的正确性和可信度。