地铁齿轮的C-P-S-N曲线研究及其可靠性分析

在对齿轮进行寿命设计与可靠性分析时,了解齿轮的强度和寿命分布极为重要。为此,以弯曲疲劳、接触疲劳实验数据为基础,对某地铁齿轮的C-P-S-N曲线进行了研究,对其可靠性进行了分析。首先,针对P-S-N曲线的失真,提出了一种利用拟合材料参数的修正方法,分别计算了齿轮不同置信度下的接触和弯曲C-P-S-N曲线;然后,以置信度为95%的C-P-S-N曲线为基准,得出了郑州某地铁齿轮箱在不同工况下的疲劳寿命分布参数,并分析了其寿命离散度规律;最后,运用顺序可靠度理论,对齿轮多工况下的综合可靠度进行了评判。研究结果表明:与其他方法相比,采用拟合材料参数的方法得到的疲劳强度差异最大为0.48%,与采用其他方法所得结果具有相同的参考性;随着置信度的增加,齿轮疲劳强度的离散度也随之增加;弯曲疲劳强度的变异系数约为0.096,接触疲劳强度的变异系数约为0.062,且接触疲劳寿命的可靠度小于弯曲疲劳寿命,即小齿轮更容易发生接触疲劳破坏;当地铁运行里程达到1.36×10^(7)km时,不发生接触疲劳破坏的概率约为0.989。

概率循环应力─应变曲线及其估计方法

试验揭示了核工程材料１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢管道焊缝金属的循环应力─应变响应存在很大分散性。意味着任何外载，即使恒幅条件，将产生随机应变加载史。为保证设计分析的安全性，引入了称为“概率循环应力─应变曲线”的表征方法。应用线性回归技术和极大似然法原理，给出了概率曲线及其置信限的估计方法。以经过验证的良好假设分布──正态分布模拟循环应力幅的随机性。概率曲线表征为均值和均方差循环应力─应变幅曲线的形式。任意可靠度下的分析可方便地根据正态分布函数完成。材料低周疲劳试验结果分析说明了方法的有效性。

不同加载应力下6061-T6铝合金挤压型材的疲劳断口研究

对6061-T6铝合金挤压型材进行了轴向拉伸疲劳试验,在加载应力121~198MPa下测定其S-N(应力-循环次数)曲线,并对高应力(198MPa)和低应力(130MPa)下铝合金疲劳断口形貌特征进行分析。结果表明:6061-T6铝合金挤压型材疲劳寿命随加载应力增大而减小,其条件疲劳极限为127MPa。随着加载应力增大,疲劳裂纹萌生呈现多源性,疲劳裂纹扩展区面积减小,裂纹扩展第一阶段的裂纹偏转更加剧烈,疲劳条带宽度增加。

干湿循环作用下压实黄土三轴剪切特性试验研究

为研究干湿循环引起的压实黄土结构损伤对其应力-应变特征及三轴剪切强度的影响,对最优含水率条件下压实到干密度为1.7 g/cm3的黄土试样进行不同路径的干湿循环试验和三轴剪切试验。结果表明:干湿循环对压实黄土的三轴剪切特性影响显著,随着干湿循环次数的增加,压实黄土的应力-应变曲线先急剧下移,再逐渐上移,最后趋于稳定;干湿循环对压实黄土三轴剪切强度具有劣化作用,存在临界干湿循环次数nc,当干湿循环次数小于临界干湿循环次数时强度指标急剧减小,等于临界干湿循环次数时强度指标最小,大于临界干湿循环次数时强度指标逐渐增大并趋于稳定;分段函数能够较好反映三轴剪切强度指标的劣化规律和劣化过程;受干湿循环幅度影响,压实黄土存在干湿循环最劣含水率ww,可以根据压实完成后黄土的瞬时含水率是否接近或等于最劣含水率来评价干湿循环对三轴剪切强度的劣化程度。

TRIP800钢板Q＆P处理后的疲劳性能研究

采用最小应力/最大应力σ_(min)/σ_(max)≈0的拉-拉循环加载,测定了TRIP钢经Q&P处理后的疲劳应力-循环次数(S-N)曲线。并对所得的试验数据进行了拟合处理。结果表明:TRIP钢经Q&P处理后在加载频率8Hz、应力比R≈0时的S-N曲线的拟合公式为:lgN=42.062-15.026lgσ(N为循环周次;σ为最大循环应力σ_(max));TRIP800钢板经过Q&P处理后疲劳源在表面下的第二相处,裂纹的扩展区为微孔聚集型断裂,而瞬断区为典型的脆性断裂。

碳化后反复荷载作用下光圆钢筋与混凝土粘结性能的试验研究

通过对未碳化和完全碳化后不同混凝土强度等级的光圆钢筋混凝土进行反复荷载试验，得到了未碳化和完全碳化的光圆钢筋混凝土在三种强度等级下粘结滑移曲线，并建立碳化后反复荷载作用下光圆钢筋与混凝土粘结滑移理论本构关系。

一种涡轮机匣挂钩槽疲劳寿命研究的试验方案

提出了一种针对涡轮机匣挂钩槽疲劳寿命的试验方案.该方案首先对涡轮机匣进行数值分析,得到危险部位的应力分布,再通过常温下机械加载来模拟危险部位总应力场,并在该载荷下获取涡轮机匣挂钩槽疲劳寿命.利用该方案,对新制作的涡轮机匣结构改进措施、原有涡轮机匣维修措施以及腐蚀影响进行了试验研究.结果表明:1新制作的涡轮机匣挂钩槽增加倒圆半径为0.8mm的圆角后,安全寿命在50%,95%置信度下可分别增加69%和198%;2原有涡轮机匣挂钩槽铣倒圆半径为1.5mm的内圆角后可以获得与新制作的涡轮机匣挂钩槽相近的疲劳寿命;3腐蚀会严重影响涡轮机匣挂钩槽的疲劳寿命.

焊接管节点结构形式发展及疲劳性能对比

为研究不同类型焊接管节点疲劳性能差异,梳理焊接管节点结构形式发展和构造创新,总结各类节点热点应力集中系数静力试验和疲劳试验成果,回归分析给出各类节点用于疲劳设计的热点应力幅-循环次数(S_h-N)曲线,并从热点应力幅曲线和热点应力集中系数两方面,对比各类节点疲劳性能差异。结果表明:对于S_h-N曲线,当钢管板厚t≤4 mm时,焊缝缺陷成为影响疲劳强度的主要因素,使得疲劳强度显著降低;现行规范中,CIDECT规范(Design guide No.8)的S_h-N曲线对各类节点设计均偏于危险,DNV-RP-C203的S_h-N曲线可适用于方形鸟嘴式钢管节点和钻石形鸟嘴式钢管节点疲劳设计,但对于其他节点设计偏危险;API RP 2A-WSD中的X’曲线的疲劳强度低于X曲线的,X’曲线适用于鸟嘴式节点和传统的圆形、矩形钢管节点及相应的主管内填混凝土节点设计,X曲线对任何节点设计均偏危险;在相同的几何参数β、2γ和τ(β、2γ、τ分别为支主管宽度比、主管宽厚比及支主管厚度比)下,各类节点的疲劳性能优劣顺序为,圆形钢管混凝土节点、圆形钢管节点、矩形钢管混凝土节点、矩形钢管节点;圆管-矩形钢管混凝土节点疲劳性能略优于矩形钢管节点的疲劳性能,圆管-矩形钢管节点疲劳性能劣于矩形钢管节点的疲劳性能;当β≤0.7时,建议采用方形鸟嘴式钢管节点和钻石形鸟嘴式钢管节点。

面向可靠性设计的发动机材料超高周疲劳强度估计方法

提出了一种面向可靠性设计的四参数随机疲劳极限模型,可针对小样本数据实现超高周疲劳(VHCF)应力-寿命(S-N)曲线处理。通过对航空用钛合金常规样本数超高周疲劳数据的拟合分析和对比验证了模型的准确性。同时,以某型航空发动机压气机叶片用TC17钛合金为研究对象,分别对室温(RT)和400℃小样本超高周疲劳数据进行了处理,得到了典型置信度和可靠度条件下的超高周疲劳强度估计值。结果表明:本文提出的四参数随机疲劳极限模型,能够通过少量的长寿命区试验数据获得材料超高周范围内发动机设计所需的疲劳强度估计值;相较于常用的升降法,基于本模型进行试验安排可大幅降低68%的试验量,为发动机材料的超高周疲劳强度评价提供方法支持。

三体船连接桥结构疲劳强度试验研究

针对某型三体船,采用谱分析方法进行全船疲劳强度分析,确定了疲劳问题严重的连接桥结构部位,设计了实板厚疲劳试验模型.通过疲劳试验获得了典型载荷工况下的疲劳寿命值,分别采用最小二乘法和定斜率极大似然法拟合应力范围-循环次数(S-N)曲线.在此基础上对船体典型节点部位进行疲劳强度评估,对已有校核结果进行修正.结果表明:对三体船连接桥部位进行疲劳强度评估时,采用定斜率极大似然法获得的S-N曲线较为合适.