填充橡胶材料单轴拉伸疲劳试验及疲劳寿命模型研究

对由汽车橡胶隔振器常用的橡胶材料制作的试件(哑铃形试片和哑铃形试柱),进行单轴拉伸疲劳试验。基于哑铃形试片的试验数据,分别以最大主应变量峰值、八面体切应变峰值和应变能密度峰值为损伤参量建立橡胶单轴疲劳寿命预测模型。结果表明,最大主应变量峰值、八面体切应变峰值和应变能密度峰值为损伤参量的寿命预测模型均能很好地以幂法则来建立损伤参量与疲劳寿命之间的关系,预测寿命与实测寿命的相关系数均达到0.9以上。其中以最大主Green-Lagrange应变峰值为损伤参量的寿命模型预测效果最佳,并以此最佳寿命模型预测哑铃形试柱的拉伸疲劳寿命。结果表明预测的哑铃形试柱拉伸疲劳寿命分布在实测寿命2倍分散因子之内,最大相对误差不超过28%。因此,为了节省试验成本和缩短试验周期,可用成本较低的哑铃形试片来代表哑铃形试柱进行橡胶材料的拉伸疲劳试验。

连续油管疲劳寿命模型与试验机的发展概述

随着连续油管应用范围的扩展,以及连续油管制造技术和焊缝热处理技术的改进,不断有更高钢级和更大直径的连续油管投入到三高油气田中应用,但这些新材料疲劳模型的测试数据还不完善。对连续油管弯曲低周疲劳损伤过程进行调研及国内外连续油管疲劳寿命预测模型的发展进行分析,发现国内外逐渐考虑缺陷和现场测量数据影响因素来改进疲劳寿命预测模型。疲劳寿命模型的基础数据来源于疲劳试验机的试验数据,使得连续油管疲劳试验装置得到较快的发展,并对国内外的疲劳试验机发展现状进行归纳。目前,连续油管疲劳试验机已经能模拟钻修井各种实际工况下多种载荷下的疲劳,但缺乏对连续油管进行系统和大量样品的试验。连续油管疲劳寿命预测模型具有一定指导性,但不能准确预测现场剩余寿命,还需要进一步的完善和改进疲劳预测模型。

蜂窝夹芯结构疲劳寿命模型

蜂窝夹芯结构疲劳寿命模型中研究最多的是S-N曲线模型,对常用的蜂窝夹芯结构S-N曲线的形式作了分类与综述。同时搜集整理蜂窝夹芯结构疲劳寿命S-N曲线试验数据,并按照相关力学原理进行归一化处理,获得了一些较具普适性的结果。从蜂窝芯子自身材料属性出发,讨论了多个因素对蜂窝夹芯结构疲劳性能的影响。

基于缺陷三维成像的电子束熔丝增材制造钛合金疲劳寿命模型

应用高分辨率同步辐射三维X射线成像技术获取电子束熔丝增材制造Ti-6Al-4V合金的特征参数,结合高周疲劳试验分析缺陷对合金疲劳性能的影响;考虑缺陷特征参数对已有Z参数疲劳寿命模型进行修正,提出了X参数疲劳寿命模型。结果表明:所制造Ti-6Al-4V合金存在气孔及未熔合缺陷;不同应力水平下合金的疲劳寿命均存在较大的离散性,50%存活率下合金的疲劳极限为679MPa,多数疲劳裂纹萌生于气孔、未熔合缺陷处;由X参数疲劳寿命模型得到的X参数-疲劳寿命曲线的线性拟合相关系数为08.785,比由Z参数疲劳寿命模型得到的提高了近20%,疲劳寿命离散性显著降低,模型的预测精度显著提高。

一种考虑复杂载荷和晶体取向相关性的镍基定向凝固合金疲劳寿命模型

针对镍基定向凝固高温合金疲劳寿命的晶体取向相关性,及定向凝固合金涡轮叶片使用过程中的复杂载荷问题,基于循环损伤累积(CDA)方法,引入方向函数修正,并综合考虑应力应变水平、应变比、保载时间及保载形式,建立了ω修正的CDA寿命预测方法。采用定向凝固高温合金DZ125的试验结果进行验证,预测结果与试验数据相比基本落在3倍分散带以内,显示出本文方法较好的适应性。

基于优化等寿命疲劳极限模型的风力机叶片寿命预测

针对风力机叶片在随机载荷作用下有效评估疲劳寿命问题,提出一种描述典型玻璃纤维增强复合材料(GRP)等寿命疲劳极限模型,与3种经典模型进行对比分析,并指出GRP在拉伸和压缩阶段损伤累积方式存在差异,反映出等寿命疲劳极限曲线并不对称且呈钟形形状,对比分析该模型在应力-寿命数据中的预测效果。通过ANSYS软件建立风力机叶片数值仿真模型,分析随机载荷平均应力和应力幅值双参数随机变量特征,采用试验数据拟合风力机叶片复合材料应力-寿命曲线量化损伤,最终应用Miner线性疲劳损伤累积法则对各循环损伤进行累积计算总疲劳寿命,结果验证了该模型在利用仿真数据预测风力机叶片疲劳寿命的合理性。

多工况连续油管疲劳寿命预测方法研究

连续油管作业过程中经历复杂工况,现有研究方法大多仅考虑了单一工况,使得连续油管的疲劳寿命难以准确预测。为提高连续油管疲劳寿命预测的准确性,通过考虑连续油管作业在多工况条件下的特点,依据Manson-Coffin模型、Miner法则及中性层假设,建立含磨损、冲砂、疲劳损伤的连续油管疲劳寿命判断依据;开展连续油管疲劳性能试验,获得CT110连续油管的疲劳寿命模型关键参数;基于连续油管的使用档案,进行了某使用日历下连续油管疲劳寿命算例分析,形成多工况连续油管疲劳寿命预测方法。结果表明:在给定使用日历下,Ø50.8 mm×4.4 mm CT110连续油管的理论起下作业次数为11次,进行10次作业后连续油管极限载荷为645 MPa,与未使用时相比损失了17%;随着作业次数增多,连续油管寿命明显降低,其截面极限载荷呈下降趋势。本文所研究的多工况连续油管疲劳寿命预测方法为连续油管在实际使用过程中疲劳寿命预测及降级使用提供技术指导。

锈蚀RC梁持荷作用后的疲劳寿命预测模型

为探究锈蚀混凝土梁在持荷损伤后的疲劳寿命规律,文中通过引入锈蚀作用修正系数,建立损伤混凝土梁的疲劳寿命预测模型;根据线弹性断裂力学基本理论,考虑钢筋等效初始缺陷尺寸,建立基于EIFS的疲劳寿命预测模型。并根据S-N曲线方程分析损伤混凝土梁剩余疲劳寿命随着钢筋临界锈蚀率的变化规律,研究表明当钢筋锈蚀率超过7.5%时,损伤混凝土梁的疲劳寿命不足50%。疲劳寿命预测模型与结果可为混凝土结构疲劳性能分析提供参考。

基于双参数寿命模型的抗疲劳制造结果参量分析方法

为评估抗疲劳主要参量对S-N曲线的作用规律,采用双参数疲劳寿命模型作为分析基础,引入材料本征S-N曲线概念,将制造参量转化为制造结果参量系数,在从理论模型角度系统分析各个参量对寿命曲线的作用规律的基础上,进一步对实验获得的高温合金GH4169在成型机加工、表面完整性机加工和表面高能强化三种制造工艺下的疲劳S-N数据进行疲劳抗力系数M_f和理论疲劳极限S_c对应力集中系数K_t的敏感性进行分析。结果表明:高能强化可显著提高光滑试样和缺口试样的疲劳性能;对于光滑构件或低应力集中系数的构件,高能强化对疲劳性能的提高主要表现在提高了疲劳抗力系数;而对于高应力集中系数的构件,高能强化对疲劳性能的提高主要表现在提高了理论疲劳极限;此外,利用结果参量系数分析S-N曲线的方法,对于理解抗疲劳制造机理具有重要参考价值。

不同强度钢筋考虑屈曲的低周疲劳损伤模型

钢筋混凝土柱受力后期的重要非弹性特征之一是纵向钢筋受压屈曲,以及反复拉压之后断裂,但可考虑钢筋屈曲的低周疲劳损伤模型很少,且少数考虑屈曲的疲劳损伤模型无法直接用于不同强度钢筋的疲劳损伤计算和断裂分析。对长径比为6.25、9.375、12.0、15.0的HRB400钢筋、HRB500钢筋试件分别进行考虑屈曲的拉压相等循环加载、拉压不等循环加载试验,测量平均应力-平均应变(σˉs-εˉs)曲线和跨中横向屈曲位移。与HRB600钢筋的相应试验结果结合,形成系统性试验数据。基于试验数据分析屈服强度、长径比对屈曲钢筋极限变形能力的影响,考察传统C-M疲劳寿命模型、基于总平均应变幅εˉsa的修正C-M模型对屈曲钢筋的适用性,并分析误差原因;提出适用性较好的基于循环总平均应变幅εˉsa-cyc的修正C-M疲劳模型。结果表明:由于钢筋的εsu、εsult和fu等力学性能参数不同,不同强度钢筋试件屈曲后的低周疲劳受力性能存在差异;屈曲钢筋循环受力时的极限变形能力与低周疲劳损伤有关,仅根据单调受拉的极限拉应变εsu不能正确判断钢筋的断裂状态;基于总平均应变幅εˉsa的修正C-M模型无法合理考虑不同加载方式对屈曲钢筋低周疲劳寿命的影响,存在系统误差;基于εˉsa-cyc的修正C-M模型可合理考虑不同加载方式的影响,能直接用于不同强度、不同长径比钢筋,且误差较小。

热端部件低温热腐蚀疲劳损伤机理、寿命模型和抗腐蚀设计方法

对于沿海地区或海洋环境中使用的航空发动机来说,由于高温、机械载荷和盐雾环境的共同作用,热腐蚀疲劳破坏是影响其热端部件服役寿命的主要因素.本文对热端部件低温热腐蚀疲劳损伤机理、寿命模型和防腐蚀设计方法进行了总结、归纳及评述,提出了未来的研究趋势与发展方向.首先介绍航空发动机热端部件的热腐蚀疲劳故障案例、损伤演化机理;其次,重点分析了低温腐蚀疲劳寿命的唯象模型、损伤力学模型、断裂力学模型以及机器学习模型;再次,对几种代表性的考虑腐蚀演化不同阶段的分段式腐蚀疲劳全寿命模型进行综述,还分析指出了腐蚀疲劳全寿命模型的发展趋势;从次,对航空发动机材料选择、零件制造、结构强度设计和外场运行维护不同阶段的抗腐蚀方法进行了综述.最后,对增材制造零部件的热腐蚀疲劳问题以及无损检测技术、人工智能等与热腐蚀疲劳研究的结合进行了展望.

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道混凝土疲劳寿命预测模型试验研究

为研究桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道混凝土的力学特性,对5块轨道板单元进行静载试验,分析桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道轨道板的开裂荷载、极限荷载、开裂弯矩和破坏弯矩等力学参数。并在静载试验研究的基础上,结合2010版《混凝土结构设计规范》和国内外混凝土结构疲劳特性的研究成果,确定适用于服役期间组合荷载下桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道混凝土疲劳寿命预测模型的混凝土S-N曲线。研究结果表明:桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道混凝土抗拉强度和抗压强度可取2010版《混凝土结构设计规范》中的规定值;可采用修正宋玉普混凝土S-N曲线或Goodman平均应力修正的Tepfers混凝土S-N曲线作为桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道混凝土S-N曲线。本文的研究成果可为服役期间组合荷载下桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道混凝土疲劳寿命预测模型的建立提供试验依据。

低周载荷下NiTi微动疲劳寿命预测模型研究

微动磨损加速材料疲劳失效,微动疲劳是微动磨损和普通疲劳共同作用的结果;NiTi形状记忆合金具有良好的耐磨性和抗疲劳特性,可以延缓损伤的发生和扩展;改进原有的微动疲劳寿命预测模型,将微动磨损作为影响微动疲劳寿命的重要因素,引入NiTi微动疲劳寿命预测模型中;给出合理有效的NiTi微动疲劳寿命预测模型。

基于总循环应变能的疲劳寿命计算模型

从总循环应变能的角度出发,提出了一个新的疲劳寿命计算模型,通过对30CrMnSiA钢和AISI4340钢两种材料的的疲劳寿命计算,并与相关实验数据对比,证明了该模型计算疲劳寿命较为准确.

Q355钢疲劳寿命预测的新应力函数模型

室温下,对Q355钢进行应力控制下的单轴拉压疲劳实验,讨论了应力比和峰值应力对应力疲劳寿命的影响。应力比的增大和峰值应力的减小都会导致疲劳寿命的增大,发现同一应力比下,峰值应力和对数疲劳寿命呈良好线性关系,该线性关系可以用于Q355钢疲劳寿命的预测。探究发现应力比对线性关系中斜率和截距的影响显著,提出了一个关于应力比的新的应力函数预测模型,将新模型的预测结果与传统的Morrow、SWT和Paul模型的预测结果进行比较,结果表明:新应力函数模型的预测结果比Morrow、SWT和Paul模型更精确且更稳定,新的应力函数模型更适合于Q355钢的多应力比多峰值应力下的疲劳寿命预测。

基于两种不同缺陷形式的FV520B-Ⅰ疲劳寿命预测

表面粗糙度和内部非金属夹杂物这两种缺陷形式都会明显影响高强度钢FV520B-Ⅰ的疲劳寿命。以FV520B-Ⅰ的超声疲劳实验数据为基础,结合根据经典的断裂力学,将表面粗糙度以及内部非金属夹杂物与FV520B-Ⅰ疲劳寿命联系起来得到疲劳寿命预测基础模型。从实验数据中选取合适的疲劳数据对基础模型进行拟合,确定与FV520B-Ⅰ相关参数,从而分别建立了针对两种不同缺陷情况下FV520B-Ⅰ的疲劳寿命预测模型。疲劳寿命预测模型的建立为FV520B-Ⅰ的疲劳寿命研究作出了贡献,准确并有针对性的预测疲劳寿命对保障设备的正常生产运行有重要的意义。

化肥催化装置转子轮盘疲劳寿命预测算法的设计与仿真

转子轮盘运行中,受轮盘外载荷强度的影响,导致寿命缩短,同时化肥催化装置催化物质和运行中的循环变幅应力也会对化肥催化装置使用寿命产生影响。为了避免装置意外失效,以化肥催化装置结构为基础,获取与转子轮盘疲劳相关的循环变幅应力、轮盘外载荷强度两项参数。通过将两项参数输入疲劳寿命预测模型,实现化肥催化装置转子轮盘疲劳寿命预测算法设计与仿真研究。实验结果表明,所提方法可准确预测转子轮盘疲劳寿命,且准确度较高,避免装置意外失效。

微电子封装中焊点疲劳模型的现状和发展

在电子元件的设计和电子封装的可靠性评估中焊点的热-机械可靠性是一个关键的因素。已经有许多疲劳模型提出和发展用于分析焊点在热-机械疲劳载荷下的可靠性问题。对这些模型进行了回顾,并对它们的应用和局限性作出了评价。

一种计及压载的裂纹扩展寿命模型

在随机载荷谱中，往往存在压缩载荷的作用，而现有的模型对压载问题的考虑较少；基于闭合理论，建立了一种计及压载的裂纹扩展寿命模型，并对短裂纹问题以及三维裂纹问题进行了相应的处理．计算结果表明，此模型精度高、适用范围广．

基于在线检测数据优化连续油管疲劳寿命预测

目前连续油管疲劳寿命预测模型并不能准确预测连续油管剩余寿命,造成连续油管的浪费和意外断裂事故,提高疲劳寿命预测的准确性是连续油管技术发展的关键技术。文章分析连续油管疲劳寿命预测模型及计算过程所采用参数存在理想化,利用连续油管在线实时检测装置实时检测壁厚值、直径和缺陷尺寸等参数作为疲劳寿命模型计算输入参数。分析利用直径、壁厚的测量值提高对疲劳寿命计算准确性案例,在线检测技术和疲劳寿命相结合的评价方法可更加准确预测剩余寿命。进一步将实际缺陷尺寸纳入疲劳寿命评估计算中,消除现有计算模型未考虑缺陷影响因子的不可靠性。连续油管现场实时检测将会更加标准化和普遍化,同样疲劳寿命预测模型与现场测量值相结合的评价方法是提高评价使用次数的准确性和可靠性的主要手段。