塑料和复合材料滚动轴承的疲劳寿命比较

本文对塑料滚动轴承及复合材料滚动轴承的疲劳寿命实验结果用数理统计的方法进行处理，显示出复合材料滚动轴承比塑料滚动轴承的负载能力与疲劳寿命有较大的提高。

连铸轴承钢与模铸轴承钢的冶金质量及其触疲劳寿命比较

小方坯连铸高碳铬轴承钢与模铸轴承钢的接触疲劳寿命比较试验表明：连铸工艺生产的Φ３５ｍｍ轴承钢材的接触疲劳寿命Ｌ１０是模铸材的１．３０倍以上；连铸工艺生产的Φ５０ｍｍ轴承钢材的接触疲劳寿命Ｌ１０是模铸材的１．８７倍以上，连铸材的弥散性和均匀性优于模铸格。

多尺度聚丙烯纤维混凝土弯曲疲劳寿命试验及数值模拟

为研究多尺度聚丙烯纤维混凝土的弯曲疲劳性能,开展基准混凝土、聚丙烯粗纤维混凝土及多尺度聚丙烯纤维混凝土的静载试验及不同应力水平(0.75、0.80、0.85)下的弯曲疲劳试验,建立弯曲疲劳寿命方程,并结合ABAQUS与FE-SAFE软件建立纤维混凝土梁的三点弯曲疲劳有限元模型。结果表明:聚丙烯纤维的掺入,尤其是多尺度聚丙烯纤维混掺显著增强了混凝土基体的抗折、抗疲劳性能。双对数lgS-lgN疲劳方程能够较好地描述多尺度聚丙烯纤维混凝土的应力水平与疲劳寿命的相关性,使用lgS-lgN疲劳方程计算得到200万次循环荷载作用下多尺度聚丙烯纤维混凝土的疲劳强度最高,为3.91 MPa。三组试件疲劳寿命的数值模型预测值均介于实测疲劳寿命的最大值与最小值之间,并接近于疲劳寿命平均值,该模型为多尺度聚丙烯纤维混凝土的疲劳寿命预测提供了理论依据。

采油单螺杆泵动态力学特性及疲劳寿命预测研究

针对常规采油螺杆泵定子橡胶疲劳失效的问题,以油田常用的GLB120-27型单螺杆泵为研究对象,开展了50℃油浸工况下定子橡胶材料疲劳试验,获取了橡胶材料的疲劳性能参数,并构建了疲劳寿命预测模型。运用ABAQUS软件对螺杆泵进行动态力学特性有限元分析,基于数值模拟得到应力应变响应结果和定子橡胶材料单轴拉伸试验应力应变拟合表达式,计算了疲劳危险位置点应变能释放率的范围。利用构建的疲劳寿命预测模型对不同过盈量条件下的螺杆泵进行了疲劳寿命预测研究。结果表明,随着过盈量的增加,疲劳寿命呈指数函数下降,通过与某采油厂近5年单螺杆泵平均工作寿命的对比,发现基于裂纹扩展方法预测得到的螺杆泵定子橡胶疲劳寿命可以满足工程预测精度要求。

轮毂轴承载荷条件下的球和圆锥滚子轴承的疲劳寿命比较

对于汽车制造商而言，双列耦合的轮毂轴承的接触疲劳性能对汽车运行具有重大意义。人们不断地要求提高产品设计性能，使之更紧凑，轮载荷更大，并且扩大汽车担保范围。汽车设计师在球和圆锥滚子轴承之间要做出重大地抉择，而该抉择对汽车达到最佳性能起着关键性的作用。要判定双列耦合球轴承和圆锥滚子轴承之间的相关性能的差别，就要进行两种轮毂轴承载荷周期内的试验室试验。其结果表明：调整圆锥滚子轴承内部几何尺寸对提高其寿命有重要影响。结果还表明：圆锥滚子轴承的寿命高于角接触球轴承寿命的5倍以上。同时设计者提出了圆锥滚子轴承的两个优良性能的观点；它既能满足未来对寿命的苛刻要求，又能在维持等同于球轴承寿命的情况下，战小轴承安装的尺寸。

点蚀效应下超强钢丝疲劳损伤演化及寿命预测

主缆作为悬索桥不可更换的关键承重构件,其钢丝的疲劳寿命将直接影响桥梁的安全性和耐久性。由于主缆通常暴露于侵蚀环境中,往往会产生不同形式的腐蚀效应,其中点蚀是一种破坏力强且十分典型的腐蚀损伤,通常会成为疲劳裂纹萌生的初始点,从而显著降低构件的疲劳寿命。为研究点蚀效应对超高强钢丝疲劳性能的影响,采用能反映腐蚀电化学机理的元胞自动机模型模拟点蚀复杂形成过程,并基于盐雾试验标定演化参数,获得超高强钢丝的表面点蚀坑模型;在ABAQUS中开发基于连续损伤力学的UMAT子程序,实现腐蚀钢丝的疲劳损伤演化与寿命预测,揭示腐蚀程度、蚀坑形状参数对超高强钢丝的损伤演化规律和疲劳寿命的影响。结果表明:采用元胞自动机方法能够准确模拟钢丝点蚀过程,生成的模型可以很好地展现真实的蚀坑形态和特征;在蚀坑处最早出现损伤,前中期损伤速率较慢,后期发展迅速;随着疲劳荷载的加载,蚀坑处会发生应力重分布现象,蚀坑底部的应力逐渐降低,周边应力反而增加;在元胞自动机中以质量损失率表征钢丝腐蚀程度,当钢丝的质量损失率从0.1%增加到0.25%时,其疲劳寿命减少约36.8%;点蚀坑的深宽比越大,形状越尖锐,钢丝越容易发生疲劳破坏。研究结果可为腐蚀环境下超高强钢丝的疲劳寿命评估和提高桥梁的耐久性提供参考。

离心泵轴承疲劳寿命仿真分析及试验验证

针对工程中常出现的离心泵轴承实际寿命低于其设计寿命问题,以IS 100-80-160型离心泵为研究对象,对其进行数值仿真,将多个工况下的仿真结果与工程中校核泵轴承寿命的Steponff经验公式进行对比,发现Steponff公式计算出的径向力值偏小.为分析Steponff公式计算的轴承寿命校核误差,将径向力加载至轴承内圈进行有限元疲劳寿命仿真分析,并搭建离心泵径向力及轴承寿命试验台进行试验验证.结果表明:径向力计算误差以及工况变化将产生较大的轴承寿命偏差,该偏差在额定工况下最大,且随着径向力变大而逐步减小;与ISO寿命计算结果对比,数值仿真疲劳寿命安全系数更高;Steponff公式的计算值不够准确,将导致轴承实际寿命与其设计寿命相差极大;在大型低比转数离心泵轴承选用中,需考量Steponff公式的适用范围,同时可应用数值仿真校核其额定寿命.研究结果可为大型泵轴承寿命校核提供一定的依据.

CAP1400核主泵叶轮动应力计算及疲劳寿命预测

为实现核主泵叶轮疲劳寿命预测,考虑叶轮高温高压的恶劣运行工况建立流-热-固耦合计算模型,应用ANSYS CFX软件对核主泵叶轮内部流动的压力载荷和温度载荷进行非定常数值计算,在ANSYS Workbench中实现载荷向结构的传递,并对叶轮动力响应疲劳载荷开展研究.利用雨流计数法对叶片危险部位的载荷数据进行统计分析,进一步结合Palmgren-Miner理论对核主泵叶轮的最小疲劳寿命周期进行预测.研究结果表明:叶轮在旋转过程中承受周期性交变应力的作用;叶轮叶片进、出口边与前、后盖板交接处容易发生内部应力集中,最大应力出现在叶片出口边与前盖板交接处,为142.57 MPa;叶片各危险部位承受应力波峰和波谷的时间基本一致;叶轮产生的疲劳为应力疲劳,疲劳破坏首先发生在叶片进口边与后盖板交接处;计算得到叶轮的疲劳寿命为277.94 a.研究结果可为叶轮的动态强度优化和疲劳设计提供一定参考.

基于等效裂纹法的铝合金T形焊接接头疲劳寿命评估

针对焊接缺陷的多样性、复杂性及随机分散性等特征,提出一种以一组高应力疲劳试验结果作为参考点的等效裂纹法开展焊接结构的疲劳寿命研究。以疲劳试验结果作为参考,假设一个完整板中的初始裂纹等效焊接结构中的缺陷及应力集中效应,基于线弹性断裂力学和Paris公式计算等效裂纹扩展寿命作为焊接结构的疲劳失效寿命。提出基于等效裂纹法的结构疲劳寿命计算流程;开展铝合金T形焊接接头的疲劳试验以及拟合P-S-N曲线;基于T形焊接接头的焊根失效模式采用等效裂纹方法预测T形接头的计算P-S-N曲线,并与试验拟合曲线进行对比,相对误差为10%,验证了该方法的可行性与有效性;最后,通过一组变幅载荷谱疲劳试验与预测P-S-N曲线对比,相对误差均小于15%,同时也验证了该方法对于变幅载荷的适用性,实现了基于一组疲劳试验结果预测全范围T形焊接接头疲劳寿命的评估。以较少的测试和成本实现确定的疲劳寿命,简化了概率疲劳寿命的评估过程,该方法可以推广于其他焊接接头寿命评估中。

聚脲润滑脂稠化剂对球轴承疲劳寿命的影响

采用光干涉法、动态击穿电压测试对3种聚脲润滑脂样品润滑膜厚进行了表征,同时测试了3种样品的轴承疲劳寿命和温升特性,对比研究了聚脲润滑脂稠化剂对润滑状态的影响,结果表明:聚脲润滑脂稠化剂在摩擦副表面吸附形成垫层,阻碍了润滑脂乏油润滑引起的润滑膜厚持续减小;聚脲润滑脂稠化剂的类型、含量对表面起源型剥落的轴承疲劳寿命有显著影响,合理的稠化剂配方可显著延长轴承疲劳寿命,这可能与聚脲润滑脂稠化剂的回流特性相关。

基于应力等效关系的汽车零部件疲劳寿命预测模型

对于预测多级应力加载下的汽车零部件疲劳寿命,已有的相关非线性模型通常需要依赖大量的试验数据,或者较难选取合适的基准值,使得疲劳可靠性理论在汽车领域的应用存在一定局限性。针对此问题,基于材料疲劳寿命特性曲线,通过分析两级应力之间疲劳损伤转化过程,建立了一种考虑相邻载荷作用的等效转化关系,推导了两级、三级及更高应力等级情况下相邻应力之间的疲劳累积损伤等效公式和剩余疲劳寿命的表达式,进而提出了一种基于应力等效关系的疲劳寿命预测模型。该模型的计算过程仅需不低于两级应力的材料疲劳寿命试验结果。采用二级、三级、四级及五级应力加载试验数据,分别计算并对比了Miner模型、Manson模型、Subramanyan模型、Hashin模型及新模型的相对误差平均值和最大值,进一步汇总了两级至五级应力下各模型疲劳累积损伤与疲劳累积寿命的预测结果、各模型预测疲劳损伤与试验疲劳损伤之差的分布。结果表明,基于相邻载荷作用等效转化的新模型在疲劳寿命的整体预测结果优于Miner模型、Manson模型、Subramanyan模型及Hashin模型,可更为准确地应用于材料多级应力下的疲劳寿命/损伤预测。

基础激励下裂纹梁结构疲劳寿命预测模型

为了发展基于模型的裂纹梁结构疲劳寿命预测方法,提出了一种新的三维裂纹梁单元刚度矩阵。基于该刚度矩阵,建立基础激励下裂纹梁结构的三维有限元模型。推导三维裂纹梁单元的应力强度因子,建立三维裂纹梁单元的疲劳裂纹扩展模型。采用振动响应与裂纹扩展增量交互计算方法,计算循环载荷作用下裂纹梁结构的疲劳寿命。研究结果表明:裂纹梁结构寿命预测模型较好地体现了疲劳裂纹扩展寿命与基础激励参数、结构参数和裂纹参数之间的内在关系,反映了基础激励对裂纹梁结构疲劳寿命的影响。最后通过实验对模型进行了验证。

铸造起重机主梁应力测试与疲劳寿命研究

以某钢厂一台在用进口铸造起重机为研究对象,对起重机性能指标质量检测、主梁主要受力板材的无损探伤检测、主梁跨中关键部位的应力测试以及根据应力测试所得应力谱对主梁疲劳寿命进行分析估算,对设备目前的安全状况作出评估。

残余应力对GH3230层板焊缝热疲劳寿命影响规律研究

为了探究残余应力对层板冷却结构焊缝服役寿命的影响规律,首先对GH3230层板在常规条件下的激光焊接过程进行有限元模拟与实验验证,然后在此基础上对预拉伸、温差拉伸等焊接残余应力调控方法开展模拟。基于焊后残余应力模拟结果研究了层板服役过程的温度及等效应力变化规律,并将多个模型之间不同残余应力下服役状态进行对比分析,最后利用Morrow修正的Coffin-Manson方程对焊缝后续服役寿命进行评估。研究结果表明,焊接残余应力的存在大幅降低了层板结构焊缝区域热疲劳寿命,通过残余应力调控技术可有效改善焊缝区域服役过程中的应力幅或平均应力,使其分别下降70%与25%,焊接残余应力调控对提高层板结构热疲劳寿命具有重要意义。

空气锤钎头的结构优化及疲劳寿命研究

空气锤钎头在钻井过程中表现的低疲劳寿命,大大降低钻井效率,提高了钻井成本。为此,研究空气锤钎头的疲劳寿命并对其结构优化,以提高空气锤钎头的服役寿命。在12.25 in(1 in=2.54 cm)空气锤钎头的基础上,考虑防掉结构,对空气锤钎头整体结构进行设计。提出微型钎头概念并完成了微型钎头样品疲劳寿命实验,使用Ansys/Ls-Dyna和nCode DesignLife软件对微型钎头进行动力学与疲劳寿命分析并与实验结果相验证,对钎头基本结构和材料进行确定。将仿真过程运用到钎头本体,考虑钎头本体尺寸和活塞冲击速度等问题对钎头疲劳寿命的影响,对钎头本体进行结构优化。研究表明,采用40CrMnSiMoV的钎头疲劳寿命最佳;钎头本体基本尺寸中,直径对钎头疲劳寿命影响最大;当冲击功变化时,钎头疲劳寿命随末速度的增加而减小;冲击功恒定情况下,当钎头末速度的平方与钎头质量接近时,钎头疲劳寿命最佳。

飞机牵引滑行工况下前起落架疲劳寿命仿真分析

为使机场运行更加高效经济,提出一种由牵引车将飞机高速牵引滑行至跑道起飞端的新模式。在牵引滑行工况下,前起落架要承受长时间长距离的高速重载荷牵引,同时受牵引车的加速和制动特性的影响,可能导致前起落架疲劳寿命降低。于是,针对飞机前起落架在该工况下的载荷分析以及疲劳寿命验证十分重要。通过Adams软件建立多体动力学模型,模拟真实工况,对不同牵引滑行速度下的牵引车-飞机系统仿真,获取到前起落架的载荷谱信息。结合前起落架有限元模型静力学分析和载荷谱,通过频域寿命分析法,在nCode软件中计算得到前起落架的疲劳寿命。结果表明,高速牵引滑行工况产生的大载荷加剧前起落架疲劳损伤,疲劳损伤从减震支柱凸耳向下阻力臂延展,疲劳寿命缩短3个数量级,需要对前起落架下阻力臂进行结构优化。本文中的研究可以为新牵引滑行模式下前起落架的疲劳寿命结构优化提供参考。

考虑混凝土细观非均质性的钢筋混凝土结构疲劳寿命预测概率模型

本工作考虑混凝土细观非均质性,将混凝土视为由粗骨料、砂浆基质和界面过渡区组成的三相复合材料,建立了疲劳损伤混凝土中氯离子扩散的三维细观数值分析模型。研究表明,随着疲劳荷载水平、水灰比、温度的升高以及暴露时间的延长,混凝土内氯离子浓度显著增加,但同一深度处氯离子浓度不尽相同。根据K-S检验,在5%显著性水平上,混凝土内某一深度的氯离子浓度遵循混合正态分布。据此提出了结构疲劳寿命预测概率模型,发现结构失效概率随疲劳寿命的延长而增大,且疲劳应力水平、水灰比、温度的降低以及暴露时间的减少均可使结构失效概率降低,结构在服役期间承受的疲劳应力水平不宜超过0.4(失效概率10%和200万次疲劳寿命)。此外,基于上述模型,对我国四个沿海城市混凝土结构的疲劳寿命进行了预测,并提出了相应的耐久性建议。

波纹管最大压缩位移及疲劳寿命分析

为解决某GIS母线中波纹管的最大压缩位移和疲劳寿命究竟能否同时满足工程指标的难题,应用工程计算和有限元分析分别加以计算,然后通过两种计算结果和实验验证进行比较,以期获得哪种方法更精确可靠。为达此目的,文中给出了工程计算和有限元建模的详细过程。按工程计算方法得到的最大压缩位移结果无法满足工程指标,而有限元分析计算方法,却可以达到工程指标,且有较大的安全裕度。有限元分析还揭示了满足大压缩位移的机理,计算结果符合某GIS工程同时需要的压缩位移和疲劳寿命。经型式试验也验证了模拟的正确性。充分证明了有限元分析方法是比按工程计算方法更为先进和准确的设计手段。

倾覆力耦合的大兆瓦风机主轴-齿轮箱法兰结构疲劳寿命研究

大兆瓦风机主轴-齿轮箱法兰连接受倾覆力及其他交变载荷的作用,极易产生疲劳破坏。文中建立了考虑倾覆力耦合作用的法兰连接有限元数值模型,分析了特定工况下法兰连接各部件应力场分布规律;通过GH-Bladed获得主轴实际转矩变化数据,根据雨流计数法计算得到了主轴和螺栓多种工况下载荷-时间历程曲线,基于Brown-Miller准则并结合材料的S-N曲线,使用FE-SAFE给出了不同预紧力条件下主轴和螺栓的疲劳寿命,疲劳分析结果表明:随着预紧力的减小,主轴的疲劳寿命大于螺栓的,螺栓在风机运行过程中更容易发生疲劳破坏。基于VDI2230规范,结合法兰界面涂层增摩工艺,得到了法兰界面摩擦因数、螺栓预紧力与法兰结构疲劳寿命的理论模型。该研究对于大兆瓦风机主轴-齿轮箱法兰连接结构设计和疲劳寿命提升具有一定的指导意义。