基于主应力法和修正的Crossland疲劳准则的动车组车轮疲劳强度评定方法

以全尺寸车轮的弯曲疲劳极限表征疲劳强度极限状态,改变传统主应力法通过尺寸系数和表面加工系数修正小试样疲劳强度计算结果的做法,从而避免系数取值中主观因素对疲劳强度评定结果的影响;以全尺寸车轮的弯曲疲劳极限替代全尺寸车轮辐板的对称扭转疲劳极限作为判定依据,修正Crossland疲劳准则,并类比Sines疲劳准则,确定准则中应力张量第1应力不变量最大值的系数;以CRH系列动车组中的轴对称车轮和非轴对称车轮为评定对象,对给出的主应力法和修正的Crossland疲劳准则的适用性进行仿真分析,并与用最大剪应变准则和Brown-Miller准则评定的结果进行对比。结果表明:主应力法适用于轴对称车轮和非轴对称车轮2种车轮的疲劳强度评定,修正的Crossland疲劳准则仅适用于非轴对称车轮的疲劳强度评定;若非轴对称车轮的辐板孔边处疲劳强度安全系数区间为(1.0,1.1)时,如果用主应力法评定,还须采用修正的Crossland疲劳准则进行补充校核,以保证动车组车轮的运用安全。

底盘构件多轴随机载荷下高周疲劳准则研究

为探明汽车底盘构件在随机载荷下多轴高周疲劳准则的应用方法与寿命预测规律,以某品牌B级轿车为研究对象,通过采集试验场强化路轮心六分力信号,建立了整车多体动力学模型,应用虚拟迭代法获取转向节与其他零件连接点的载荷时间历程;建立转向节有限元模型,通过模态仿真与试验验证了有限元模型的准确性;提取了von Mises应力下寿命值最小节点的应力分量时间历程;研究了8种高周疲劳准则所基于的3种类型临界平面的计算方法,通过多轴循环计数提取临界面上正应力幅与剪应力幅,并计算不同准则对应的等效应力幅,总结幅值分布与寿命预测规律。研究结果表明,在幅值分布与寿命预测方面,Zhang-Yao准则的等效剪应力幅值整体偏大,预测寿命为1.09×10^(5)周次,较其他准则偏于保守;McDiarmid准则的大应力幅仅占3.4%,预测寿命为1.25×10^(6)周次,明显大于其他准则的预测寿命值,而改进的McDiarmid准则预测寿命值明显减小。在计算成本方面,von Mises准则无需提取临界面与多轴循环计数,应用最为便捷;Findley准则提取临界面过程需要计算所有平面的正应力与剪应力数据,故计算成本最高。

单轴和多轴疲劳准则下的车轮疲劳强度分析

为了分析城际动车组车轮的疲劳强度,首先建立城际动车组车轮的有限元模型,依据国际铁路联盟的UIC510-5标准以及欧洲的EN标准模拟车轮在直线、曲线和道岔工况下的应力;并依据车轮的单轴疲劳准则Haigh形式的Goodman曲线图分析评估城际动车组车轮的疲劳强度,以及利用多轴疲劳准则Crossland曲线来评估辐板孔的疲劳强度.结果表明,城际动车组车轮能满足静强度和疲劳强度性能要求.疲劳强度的薄弱部位是垂直或者平行于车轮半径的辐板孔的孔边缘中间位置或中间位置连线上的点,以及辐板与轮毂过渡部位.

沥青混合料四点弯曲试验疲劳失效准则分析

疲劳病害作为沥青路面常见病害被广泛研究,然而对于应变控制加载下的沥青混合料疲劳失效却缺乏精准的界定。基于损伤力学的疲劳研究方法常将模量衰减50%作为材料失效准则,而能量法利用的累计耗散能同样能较好地表征材料的疲劳损伤。首先,将疲劳加载时模量衰减的第三阶段初始点作为疲劳失效点,并认为与其判定的疲劳寿命相接近的疲劳失效准则为合理的准则;其次,基于疲劳-应变模型对比了5种不同疲劳失效准则下的疲劳寿命拟合优度,根据疲劳失效点的可观察性以及拟合优度进行疲劳失效准则合理性分析;最后,通过比选认为累计耗散能量比能够较好地定位材料的疲劳失效,并将累计耗散能量比变化率偏离稳定期变化率30%作为定量的疲劳失效判定点。

基于多轴准则的焊接构架疲劳强度分析方法

根据节点几何特征,提出焊缝坐标系的建立方法,计算节点在焊缝坐标系下的应力分量。参照DVS1612标准,提出基于多轴准则的结构疲劳强度分析方法。对地铁车辆转向架焊接构架典型焊缝的疲劳强度进行评估,指出所研究焊缝的疲劳强度主要受正应力分量的影响,剪应力对结构疲劳强度的影响较小。对比研究了不同分析方法下的节点材料利用度特征。结果表明,在压缩应力占主导的区域,基于多轴准则的分析方法将使评估结果偏于安全;对于抗疲劳能力较差的接头,基于多轴准则的分析方法,采用DVS 1612标准提供的疲劳曲线将获得偏于保守的计算结果。

材料多轴疲劳破坏准则回顾

对多轴疲劳载荷作用下材料的疲劳破坏准则作了系统的回顾 ,按照用于描述材料疲劳破坏的参量 ,将多轴疲劳破坏准则划分为三类 ,应力准则、应变准则、能量准则。分别对这三种准则按多轴比例加载及多轴非比例加载两种情况进行阐述 。

两种评定准则下的车轮疲劳强度分析

分别采用基于单轴疲劳理论的车轮疲劳强度评定准则和Dang-Van多轴高周疲劳评定准则2种方法,对同一车轮进行疲劳强度计算,比较2种方法的安全度和适用范围。结果表明:车轮疲劳强度在2种评定准则下均满足要求,车轮的疲劳危险区域位于轮缘侧辐板孔边中间位置,其中使用单轴疲劳准则评定辐板更偏于安全,而Dang-Van多轴高周疲劳准则适用于辐板孔的评价。

基于灰色系统模型GM(1,1)改进Miner准则的液压支架底座疲劳寿命预测

针对疲劳寿命预测中传统疲劳累积损伤准则(即Miner准则)存在误差较大的问题,为了提高固体充填液压支架疲劳寿命的预测精度和保证服役过程的安全可靠性,利用灰色系统模型GM(1,1)对传统Miner准则加以改进.以ZZC8800/20/38型六柱支撑式固体充填液压支架的底座为研究对象,基于ANSYS对危险工况下底座应力进行分析,同时结合疲劳试验对底座进行寿命预测.结果表明:相比传统Miner准则,改进Miner准则的预测精度提高了40.32%,为固体充填液压支架疲劳寿命预测提供了一种有效的方法,对其安全服役具有一定的参考意义.

疲劳失效准则在钛合金BT9低周疲劳寿命估算中的应用

在应变控制条件下对钛合金 BT9进行了单轴拉 -压、纯扭及拉 -压与扭转比例加载的低周疲劳试验 ,得到了相应的试验结果。讨论了几种寿命预测准则及其寿命预测精度。在分析 Brown- Miller理论及 Makinde-Neale广义疲劳失效准则的基础上 ,提出了 Makinde-Neale广义疲劳失效准则的变异方程。应用所提出的方程对钛合金 BT9进行了多轴应变条件下的寿命预测 。

基于Minner准则的卸船机疲劳寿命评估

对某电厂老旧卸船机同时进行应力测试和有限元仿真分析,通过对比分析综合评价金属结构的安全性和可靠性。最后采用雨流计数法对动态测试数据进行循环计数统计,基于Minner疲劳准则,估算该卸船机的剩余疲劳寿命。

沥青结合料疲劳失效定义与失效准则

为了更好地理解沥青结合料的疲劳失效特性,以黏弹连续介质损伤力学为分析手段,通过加速疲劳试验和传统时间扫描疲劳试验系统研究了基质沥青和改性沥青在不同加载条件下的疲劳失效行为.研究发现,基于虚应变能理论提出的将最大存储虚应变能指标作为沥青加速疲劳试验中的疲劳失效新定义,与现象学指标相位角峰值有着很好的等效性,并和时间扫描试验中的疲劳失效定义保持了一致,进而依据疲劳失效定义建立了虚应变能释放率和材料疲劳寿命之间的特性关系准则.该特性准则与试验方法和加载条件无关,可作为统一的疲劳失效准则运用于沥青结合料的疲劳性能预测.

高速动车组动力轮对车轮疲劳强度研究

在高速动车组动力轮对车轮疲劳强度的研究中,机车车辆非轴对称车轮辐板孔疲劳强度校核常用多轴准则较多,针对各疲劳准则得到的辐板孔疲劳强度评定结果存在差异,通过对比分析各常用多轴准则下辐板孔安全系数的方式,确定安全度最大的多轴疲劳评定准则,同时使用单轴疲劳准则和Haigh-Goodman曲线对辐板非孔区域进行研究,指出非孔区域安全系数较小的位置。为此,基于某高速动车组非轴对称车轮,在确定计算载荷工况的情况下进行有限元分析和疲劳强度评定。计算结果表明,在Sines、Crossland、Kakuno-Kawada和Dang Van四种常用多轴疲劳破坏准则中,使用Kakuno-Kawada准则评定辐板孔疲劳强度最安全;对于辐板非孔区域,直辐板与轮毂的过渡区域和直辐板与轮辋的过渡区域的安全系数较小;车轮辐板区域的疲劳强度满足要求。

轮盘和螺栓预紧力对车轮疲劳强度的影响

根据UIC510-5标准,使用单轴疲劳准则对辐板非孔区域进行分析,应用Crossland和Dang Van多轴疲劳准则分析定位销安装孔和螺栓孔的疲劳强度,分析结果表明:制动盘的安装使辐板孔区域、辐板与轮毂过渡区域,以及辐板与轮辋过渡区域的最小安全系数增大;螺栓预紧力由47.62k N增大至64.94k N,车轮辐板各区域的安全系数变化较小;相对于Crossland准则,使用Dang Van多轴疲劳准则评定辐板孔区域疲劳强度得到的安全系数较小;车轮辐板区域最小安全系数为1.17,其疲劳强度满足要求。

多轴疲劳破坏准则现状及评估

简要回顾了材料多轴疲劳破坏准则,引用了5种材料在单轴、比例、纯扭和90°非比例加载情况的疲劳试验结果,对基于应力、应变和能量的有关多轴疲劳破坏准则进行了分析评估.分析结果表明:应力准则中Lee准则在各种材料、各种载荷情况下均可得到误差在5%以内的较好的预测结果,但是,Lee准则中含有物理意义不明确的材料常数,需要一定量的试验数据来拟合,从而限制了该准则的应用,比例加载下,Gough准则计算简单并可适用于大部分材料;应变准则中Kandil,Brown和Miller准则和Borodii和Strizhalo准则在各种材料及各种载荷情况下都能较好的预测疲劳寿命,但Borodii和Strizhalo准则需要大量的试验数据支持,从而限制了它的应用.

一种多轴非比例载荷低周疲劳寿命预测方法

利用Itoh等人提出的非比例参数 ,提出一种非比例载荷下多轴低周疲劳寿命预测方法 ,提出几种不同非比例参数 。

柴油机连杆疲劳寿命试验及仿真分析

针对某发动机连杆连续出现的断裂问题,利用有限元软件结合连杆拉压试验结果修正,完成了连杆静强度有限元分析,对连杆进行了试棒级的材料性能试验,得到相关的材料数据;利用应变能密度法,结合试棒的实验数据对连杆的疲劳特性进行了预测,并探讨了载荷对疲劳寿命的影响。

CT试样三维疲劳裂纹扩展数值模拟

在循环载荷下疲劳裂纹的裂纹形貌在稳定扩展区近似为半椭圆形状,因此通过Paris方法根据疲劳裂纹表面尖端点应力强度因子的变化幅值(△K)得到扩展速率与真实的裂纹速率会有误差。为了更好的研究疲劳裂纹的性质,本文通过分析紧凑拉伸(CT)试样的疲劳裂纹扩展后的三维形貌,采用Jiang-Sehitoglu循环塑性模型和疲劳准则以及Paris公式对裂纹扩展速率进行了有限元数值模拟,对扩展形貌的沿厚度方向裂纹的扩展速率进行了分析,发现在裂纹中间区域,疲劳裂纹扩展速率几乎相等。

单元类型和尺寸对裂尖疲劳塑性数值模拟的影响研究

本文采用Jiang-Sehitoglu循环塑性模型和多轴疲劳准则对紧凑拉伸式样裂尖的循环塑性变形、裂纹扩展速率和残余应力进行了有限元数值模拟,着重考察了单元的类型和最小单元尺寸对裂尖循环塑性和裂纹扩展速率的影响。紧凑拉伸试样的材料为1070钢,数值模拟采用了线性单元(四节点)和二次单元(八节点)两种单元,裂尖附近有限元单元的最小尺寸从0.007mm到0.24mm不等。文中将裂纹扩展速率的预测值与实验值进行了比较,通过对裂纹扩展速率的比较,确定在疲劳塑性分析时对单元类型和尺寸进行合理选取。

夹杂物随机分布特征对齿轮接触疲劳性能的影响研究

齿轮材料中存在非金属夹杂物会显著降低齿轮的接触疲劳强度,其作用机理研究可为生产质量的控制和服役性能的评价提供重要指导。为此,建立了含随机分布非金属夹杂物的齿轮副有限元接触分析模型,并基于Brown-Miller多轴疲劳准则研究了夹杂物分布特征对齿轮接触疲劳性能的影响,预测了3种不同可靠度下的齿轮接触疲劳R-S-N曲线。结果表明,次表面夹杂物的存在,尤其是夹杂物的聚集,会产生相当大的应力集中,并造成接触疲劳寿命的显著降低;最小疲劳寿命深度主要位于0.35bH到0.75bH的范围内,其统计分布与对数正态函数的符合度最高,其次为三参数威布尔分布函数;接触疲劳寿命较好地符合三参数威布尔分布。

动荷载作用下水泥土的疲劳寿命分析

采用荷载控制、非对称正弦波动荷载对水泥土进行疲劳载荷试验。在动荷载的作用下,水泥土表现为低应力性破裂特征。通过试验结果分析,提出水泥土应力空间的疲劳破坏准则,建立了水泥土3参数幂函数疲劳寿命模型。分析了影响水泥土疲劳寿命的主要因素,结果表明:动荷载应力水平越高,水泥土的疲劳寿命越短,反之越长;水泥土的龄期越长、水泥掺合比越大,水泥土的疲劳寿命越长。