线性疲劳损伤累积理论的研究

为解决两级载荷作用下的材料常在损伤值不为一时破坏的问题 ,在原有常用疲劳累积理论的基础上 ,考虑加载顺序与领域潜在损伤对材料疲劳寿命的影响 ,首先建立了一种线性疲劳损伤累积模型及其数学公式 .然后利用两种材料疲劳实验数据 ,通过该模型预测其疲劳寿命 .所得结果符合实际 .

基于疲劳损伤累积理论的零件疲劳寿命评估

文中基于疲劳累积理论,介绍了变幅应力作用下疲劳寿命的评估方法,并针对工程实践中关键零部件在变幅交变力的作用下易出现的疲劳破坏进行了讨论;并应用实例说明了其评估过程。

线性疲劳累积损伤准则适用性评估

本文将线性疲劳累积损伤理论分为3类:(1)等损伤线性疲劳累积损伤理论;(2)变损伤线性疲劳累积理论;(3)等损伤线性分阶段疲劳累积损伤理论.对每类理论分别从理论基础、材料常数、引入的参量及工程应用等方面进行分析,归纳出典型模型,并利用金属材料的两级谱、多级谱和随机谱试验数据进行了评估.最后,从理论基础和数据评估两方面进行综合评述,得出了不同类型的模型的适用范围和计算效果,对工程实践具有参考价值.

轮式车辆变速箱换挡拨叉断裂的累积损伤研究

以轮式车辆变速箱换挡拨叉为研究对象，寻找拨叉在使用过程中突然断裂的原因和理论依据．从材料学角度观察断口形貌，确定拨叉是由于疲劳损伤而断裂；利用非线性有限元分析软件MSC MarC和疲劳分析软件MSC Fatigue对拨叉在理论设计换挡载荷1350N工况下进行校核，强度和寿命满足设计要求．对不同换挡力工况拨叉受力状态和使用寿命进行仿真计算，根据Miner疲劳累积损伤理论和拨叉使用时间推断，拨叉实际承受换挡载荷应在14001800N之间，超出设计载荷，则会由于累积损伤导致疲劳断裂．

用现有疲劳试验数据确定疲劳裂纹扩展率

疲劳寿命的预报在船舶与海洋工程领域中相当重要 ,但其关键问题是要找到一种较科学的疲劳寿命预报方法。最近 ,本文第二作者提出了一种海洋结构物疲劳寿命预报的统一方法。该方法是基于疲劳裂纹扩展理论而发展起来的 ,在其九个参数模型的假设之下 ,能够较好地解释一些其它方法所不能解释的现象。采用该方法的主要障碍在于需要确定疲劳裂纹扩展率。作者通过对不同的疲劳裂纹扩展率的比较研究 ,并推广Mc Evily模型后 ,提出了一个具有较宽适用范围的九个参数疲劳裂纹扩展率模型 (从门槛域一直到不稳定断裂域 )。本文的主要目的是解决如何根据一些现有的疲劳试验数据来确定这九个模型参数的问题。文中给出了通过实验数据确定裂纹扩展率模型中各个参数的方法 ,并进行了模型参数的灵敏度分析。通过对文献中一些试验数据的收集 。

腐蚀环境下钢-混凝土组合梁桥疲劳寿命计算

随着车重和车流量的增长,我国公路桥梁的疲劳安全问题日益突出。对环境腐蚀下桥梁疲劳问题展开了研究。基于S—N曲线和Miner线性累积损伤理论,考虑了不同疲劳车车重、日均车流量和环境腐蚀的作用,计算了某钢-混凝土组合梁桥的疲劳寿命。定义了疲劳修正系数并提出了用该系数考虑环境腐蚀对桥梁疲劳寿命影响的计算方法。研究结果表明:随着疲劳车车重或日均车流量的增长,腐蚀对疲劳寿命的影响逐渐减小。对于B类疲劳细节,在轻度、中度和重度腐蚀环境下,腐蚀引起疲劳寿命的最大降低比例分别为5%、9%和44%。疲劳修正系数可用于考虑腐蚀影响的组合梁桥的疲劳设计和评估,其取值与疲劳细节类别、环境腐蚀等级和无腐蚀环境下疲劳寿命有关。

变幅载荷疲劳裂纹扩展预测模型

为克服变幅载荷疲劳裂纹的预测中受到的实验成本、时间、载荷谱型等诸多因素的限制,在常幅载荷下S-N曲线与疲劳裂纹扩展曲线关系的基础上,研究了变幅载荷下两曲线之间的关系,并结合疲劳累积损伤理论,推导了块谱载荷裂纹扩展裂纹长度的预测方法,同时考虑了超载迟滞效应的影响,最后进行了实验研究.实验与计算结果表明该方法有效、便于工程应用,该方法可用于结构设计阶段对疲劳裂纹扩展寿命的预测.

深海热液采样阀PEEK阀芯疲劳寿命研究

通过分析深海热液采样阀PEEK阀芯的实际工作情况,综合考虑几何尺寸、应力集中以及加载方式等因素的影响,研究PEEK阀芯在峰值为70MPa脉动工作压力下的疲劳寿命.运用传统名义应力法,由PEEK材料的应力-疲劳寿命曲线求得PEEK阀芯在工作过程中的应力-疲劳寿命曲线,结合疲劳损伤累积理论估算出阀芯的疲劳寿命.在实验中模拟取出样品过程,对同一批次的多个阀芯进行疲劳寿命试验,试验结果的一致性较好且与理论估算结果相吻合.PEEK阀芯在工作条件下的疲劳寿命为7个工作周期,阀芯的疲劳断裂符合疲劳损伤累积理论.

星载电子设备元器件随机振动疲劳分析

星载电子设备通常要经历各种振动环境,在恶劣的随机振动环境中,设备中的元器件管脚及焊点容易出现疲劳问题。文章应用Miner疲劳损伤累积理论及三带宽技术,提出了一种实用有效的分析元器件管脚及焊点进行随机振动疲劳寿命的方法。

地效翼船主浮舟疲劳寿命预测方法及提高主浮舟疲劳强度方法的探讨

本文应用随机疲劳损伤累积理论及断裂力学方法 ,对地效翼船主浮舟着水时 ,结构在随机砰击外载荷作用下 ,主浮舟主要受力区域进行疲劳强度计算 ,针对地效翼船典型铆接部件进行疲劳强度实验 ,结合计算和实验数据得出结构使用寿命。同时还分析了铆接件的实际强度只有无铆接整体强度的70 % -80 %左右 ,因此信天翁地效翼船的实际强度并不是很大 ,可减轻重量裕度也是不多的。

海底悬跨管道疲劳寿命计算方法

结合真实海况数据,分别采用Pierson-Moskowitz波浪谱法和三参数威布尔分布对波浪、海流数据进行处理。将处理后的数据代入DNVGL-RP-F105规范提供的响应模型,计算不同组合海况下悬跨管道的涡激振动(VIV)响应应力以及响应频率。然后根据响应应力和响应频率,按照Palmgren-Miner线性疲劳损伤累积理论对悬跨管道的疲劳寿命进行校核。最后以某输气管道为算例进行计算,给出了海底管道疲劳寿命的计算方法和计算流程。

宇航单机元器件随机振动疲劳分析

宇航单机在生命周期内要经历各种振动环境,在随机振动过程中,单机内的敏感元器件容易疲劳破坏而出现管脚断裂或焊点脱落。文章针对某型号宇航单机元器件管脚断裂情况,对其结构及元器件的几何模型进行了详细的有限元分析,获得随机振动工况下的均方根应力场,应用Miner疲劳损伤累计理论及三带宽技术,进行元器件管脚的疲劳分析,并对结构进行优化,再次分析得知结构改进后单机的疲劳安全裕度得到很大提高且通过了试验验证。结果表明了该疲劳分析方法的有效性。

基于疲劳可靠度的钢桥面板限载取值

为确定钢桥面板限载的合理取值,建立钢桥面板多尺度有限元模型,利用动态称重(WIM)和Monte Carlo方法生成随机车流样本并进行有限元模型动态加载,通过雨流计数法获取钢桥面板随机疲劳应力谱,基于可靠度理论和疲劳累积损伤理论计算钢桥面板典型细节疲劳可靠度,提出基于疲劳可靠度的钢桥面板限载取值方法;以某跨海斜拉桥钢桥面板为例,基于连续12个月的WIM数据,分别对钢桥面板典型细节进行疲劳可靠性评估,考虑交通量和荷载水平的线性年增长系数,确定了不同交通状况下钢桥面板的限载取值。研究结果表明:当前交通状况下钢桥面板疲劳可靠度指标均高于目标疲劳可靠度指标;交通量和荷载水平对钢桥面板疲劳可靠度指标影响较大,考虑交通量线性年增长系数为2.0%或荷载线性年增长系数为0.4%时,钢桥面板部分细节在设计使用年限内疲劳可靠度指标低于目标疲劳可靠度指标;考虑交通量线性年增长系数为3.0%且荷载线性年增长系数为0.6%时,当前49.0 t限载条件下细节疲劳可靠度指标低于目标疲劳可靠度指标,设置限载为36.5 t时疲劳可靠度能够满足疲劳安全要求;当前荷载水平下行车道最大日均货车交通量为3 820 veh,运营过程中交通量增加显著时应加强钢桥面板疲劳损伤检测,必要时采取车辆分流或桥梁限载措施。

某型越野车试验场载荷谱的压缩与外推

基于雨流计数法,对某型越野车在试验场实测的各路段载荷谱进行压缩;然后对压缩后的雨流均幅值矩阵进行强化外推和基于目标关联模型的比例叠加;最后对叠加后的雨流均幅值矩阵进行时域重构,得到了可用于室内道路模拟试验的目标载荷谱。

设计阶段火炮的可靠性预测

通过对设计阶段火炮可靠性的综合分析 ,对火炮中结构复杂、故障模式较多的部件 ,提出了基于故障分析进行可靠性预测的思路及方法 ,对承力的各个架体 ,利用疲劳累积损伤理论进行分析 .进而建立了全炮可靠性的预测模式 。

基于灰色估计和多项式变异理论的附件传动系统在随机载荷作用下的疲劳寿命预测

针对航空发动机附件传动系统在随机疲劳载荷作用下的寿命预测问题,提出了综合灰色估计和多项式变异理论的疲劳寿命预测方法。运用灰色模型和多项式变异理论,得到二维载荷谱及等幅疲劳中值曲面。以平行轴-齿轮传动结构为例,基于Miner疲劳累积损伤理论,危险点的疲劳中值寿命计算值约为1.35×10^7次。验证试验中采用等效应力状态的40Cr标准试件,工艺流程依据GB3077-82可满足航空传动轴强度要求。定时截尾寿命试验的样本容量是45,试验样本寿命的均值约为1.42×10^7次,结构疲劳中值寿命的试验值略高于计算值,证明该计算方法是可靠并偏于保守的,为提升附件传动系统疲劳寿命提供理论参考和数据基础。

匹配涡轮增压发动机的机械式变速器可靠性分析与验证

本文对匹配涡轮增压发动机的机械式变速器可靠性分析与验证进行了研究。首先针对中国城市整车实际使用工况及涡轮增压发动机扭矩特性,修正适合涡轮增压发动机的变速器台架耐久试验规范。基于此规范为载荷谱,利用Romaxdesigner建立变速器参数化仿真模型,结合疲劳累积损伤理论及材料S-N曲线对轴齿、轴承等关键部件损伤率精准分析,从而评估变速器总成的可靠性。并通过某款变速器匹配涡轮增压发动机进行可靠性分析试验验证。

基于交通量调查的大跨PC箱梁跨中区段疲劳应力谱

为分析大跨径预应力混凝土(简称PC)箱梁跨中区段在车辆荷载作用下的疲劳累积损伤,以某PC连续刚构桥为例,对车辆荷载产生的疲劳应力谱进行了研究.首先,运用实桥交通量调查数据,计算得到了等效标准疲劳车的总轴重,据此从相关设计规范中选取了标准疲劳车模型.其次,运用Newmark法进行了动力时程分析,得到了标准疲劳车通过全桥时跨中截面的内力历程,并运用雨流计数法对内力历程进行了计数处理.然后,根据实桥交通量调查数据,分析了桥梁设计基准期内疲劳荷载的循环次数.最后,依据Miner线性累积损伤理论以及桥梁实际受力状况,分别确定了200万次室内疲劳试验的等效疲劳应力幅和疲劳平均应力,由此得到了由车辆荷载产生的疲劳应力谱.

随机车流-风联合作用下沿海大跨度斜拉桥拉索疲劳寿命预测

为了预测沿海大跨度斜拉桥拉索在车流、风和波浪等变幅荷载长期作用下的疲劳寿命,提出了沿海大跨斜拉桥拉索在随机车流、风和波浪荷载联合作用下拉索应力谱的计算方法和步骤,并基于线性疲劳累积损伤理论建立了斜拉桥拉索疲劳可靠度的计算框架。首先,根据桥上实测车流数据,建立了随机车流模型,基于桥址处风浪观测数据,运用二维Copula函数建立了桥址处风浪联合概率模型。然后,将生成的随机车流及风浪荷载作为外部激励,基于风-浪-车-桥耦合振动数值模拟平台,实现随机车流、风、浪荷载联合作用下的斜拉索应力谱的计算分析。最后,基于线性疲劳累积损伤理论推导了服役期内斜拉索疲劳可靠度及疲劳寿命预测公式,并以一座沿海大跨斜拉桥为例,结合桥址处的实测车流、风和波浪数据,计算了拉索在随机车流、风和波浪荷载联合作用下关键拉索的疲劳寿命。结果表明:车辆荷载主要影响拉索的应力响应均值,风荷载主要影响拉索的应力响应的脉动部分,而波浪荷载对拉索的应力响应影响非常小,可以忽略。此外,在随机车辆、风和波浪荷载共同作用下,拉索的日累积疲劳损伤符合威布尔分布,并且岸侧拉索的中间索疲劳寿命最低,为121年。研究成果可为沿海大跨度斜拉桥拉索疲劳可靠度分析及疲劳寿命预测研究提供参考。

汽车可靠性试验关键技术研发与应用

该成果针对用户实际道路环境下车辆运行安全性问题,充分考虑交通环境系统的动态特性,结合用户对车辆的实际使用工况与典型公路强化试验,基于疲劳累积损伤理论及车路协同模型,优化计算90%用户数据和试验场数据雨流矩阵载荷谱相同条件下的试验场强化路循环次数,构建用户与试验场的相关性模型,提出一种车辆运行安全性试验新方法,从源头提高了车辆的安全性,克服以往汽车可靠性试验的盲目性。