桥门式起重机疲劳裂纹扩展寿命的模拟估算

根据前人的试验和研究成果 ,总结推荐了桥门式起重机焊接箱形梁的各项疲劳参数取值 ,同时以等幅载荷疲劳裂纹稳定扩展阶段的计算公式为基础 ,针对起重机承受随机载荷的特点 ,根据时间循环法 ,用计算机模拟估算出桥门式起重机焊接箱形梁的疲劳裂纹扩展寿命。

超声加载条件下低合金钢疲劳裂纹扩展寿命

对低合金钢q345狗骨型试样进行了超声疲劳试验,应力比R=-1,研究其在超高周区域内的疲劳寿命特性及破坏机理。试验过程中发现试样疲劳裂纹的扩展会导致试样固有频率的降低,通过有限元模态分析确定了试样断裂瞬间固有频率大小与表面裂纹尺寸的关系,经过对比发现,有限元得到的裂纹半径与断口分析测出的裂纹大小十分吻合。根据实验过程中固有频率的减少情况预测了试样超高周疲劳裂纹扩展寿命的大小,发现其占到疲劳总寿命大小的0.2%～0.5%。

冲击载荷下铸造起重机主梁疲劳裂纹扩展寿命研究

铸造起重机是冶金工业中常用起重运输装备,其工况环境恶劣,出现故障引发的事故危害较大,对该类装备进行准确的力学性能及疲劳分析显得非常重要。针对200/63 t四梁四轨双小车铸造起重机,建立其合理的桥架三维模型与动力学模型,基于实际载荷特性及动态参数分析,通过合理的结构简化与边界条件设置,运用Ansys软件对起重机桥架进行瞬态动力学分析。在获取准确的主梁结构危险单元应力动态响应的基础上,结合线弹性断裂力学理论,开展冲击载荷下主梁疲劳裂纹扩展寿命研究,为起重机结构优化与可靠性设计提供理论依据。

基于神经网络响应面的疲劳裂纹扩展寿命的可靠性分析

当失效形式的极限状态方程中随机变量个数较多或非线性较高时 ,其形式很复杂 ,因此传统的计算失效概率的方法不再适用。针对疲劳裂纹扩展寿命失效概率计算的复杂性 ,提出基于神经网络响应面的可靠性分析方法。首先建立神经网络响应面模拟疲劳裂纹扩展寿命的极限状态方程 ,然后使用遗传算法 (GA)计算可靠性指标。数值试验表明 ,本方法可以快速、精确地模拟疲劳裂纹扩展寿命的极限状态函数 ,进而计算出失效概率和可靠性指标。同其他模拟技术相比 ,在精度相同的情况下 。

基于遗传规划算法的不同应力比下不同厚度7050铝合金疲劳裂纹扩展寿命预测

针对不同厚度7050铝合金试样进行了不同应力比条件下的一系列疲劳裂纹扩展试验,并运用遗传规划算法对疲劳裂纹扩展寿命进行预测。遗传规划算法是模拟自然界中生物的进化策略,通过交换、突变等遗传操作,搜索目标的最优解。建立7050铝合金疲劳裂纹扩展速率的遗传规划模型,并利用试验数据对模型进行测试,后与其他典型疲劳裂纹扩展模型进行比较。研究结果表明:GP模型预测的7050铝合金疲劳裂纹扩展寿命结果与试验值基本吻合,相对误差小于1.5%,且GP模型预测结果的准确性高于Paris模型和Walker模型。

氢蚀对15CrMo钢疲劳裂纹扩展寿命的影响

对 1 5Cr Mo钢在氢蚀环境下和疲劳裂纹行为作了研究 ,重点考察了不同温度、压力和时间等情况下的扩展特性 ,并找出了对

铁路钢桥节点既有腐蚀疲劳裂纹扩展寿命

为评估服役中铁路钢桥由于环境腐蚀作用产生初始裂纹后的剩余疲劳寿命,对列车行走荷载作用下铁路钢桥节点横梁处在环境腐蚀形成初始裂纹后的疲劳裂纹扩展寿命进行研究。以铜九(铜陵—九江)线鄱阳湖铁路钢桥为背景,基于子模型法的多尺度建模方法,运用通用有限元软件建立铁路钢桥整体壳体模型和节点横梁处含初始裂纹的精细网格划分的实体模型,获得了在列车行走荷载作用下铁路钢桥节点横梁处的精确动应力响应;基于断裂力学的四参数Forman公式对铁路钢桥在4种不同初始裂纹长度下的腐蚀疲劳裂纹扩展寿命进行了评估与对比,并对有无环境腐蚀作用下的疲劳裂纹扩展寿命进行了对比分析。结果表明:基于子模型法的壳-实体多尺度建模方法既可以满足大型复杂结构在数值计算过程中的计算效率,又能够满足评估疲劳寿命计算所需的精确动力响应要求,可以精确评估铁路钢桥腐蚀疲劳裂纹扩展寿命;铁路钢桥既有腐蚀疲劳裂纹扩展寿命主要产生在小裂纹扩展阶段,计算得到0.5mm初始裂纹扩展到10mm时需要循环484 509次,占总扩展寿命的50.2%;铁路钢桥疲劳裂纹扩展寿命受环境腐蚀的影响非常大,其比无腐蚀疲劳裂纹扩展寿命降低79%左右。研究结果可为预测疲劳裂纹发展趋势、评估铁路钢桥剩余寿命和评定结构的安全性与运营能力提供参考。

低温环境下TC4ELI钛合金三维疲劳裂纹扩展模型

利用疲劳试验机及扫描电镜研究了不同温度(20,-20,-40,-60℃)下不同厚度(12.5,9.0,6.0,3.0 mm)TC4ELI钛合金的疲劳裂纹扩展行为,建立低温环境下该合金的三维疲劳裂纹扩展模型。结果表明:由于闭合效应,减小厚度或降低温度均会减缓试验合金的疲劳裂纹扩展速率,Paris二维公式中的材料参数C和n并非常数;而在三维疲劳裂纹扩展理论框架下,修正后的Paris三维公式中的材料参数C_(eff)和n_(eff)均为常数,建立的三维疲劳裂纹扩展模型可以对不同温度下不同厚度试验合金的疲劳裂纹扩展行为进行归一化描述。

变压吸附器疲劳裂纹扩展剩余寿命的研究

针对承受周期性疲劳载荷的一种压力容器——变压吸附器,对其疲劳裂纹扩展剩余寿命进行预测。基于断裂力学,求出裂纹初始深度和临界深度。利用ABAQUS中的扩展有限元功能确定变压吸附器裂纹萌生的位置,并得到裂纹深度a与应力强度因子幅ΔK的关系式,利用Pairs公式得到裂纹扩展寿命。结果表明:计算得到裂纹初始深度为0.9 mm,临界深度为12.9 mm。将ABAQUS仿真得到的裂纹深度和应力强度因子幅数据进行拟合,可得到两者的关系表达式。将该关系表达式及其它相关参数带入到Pairs公式,得到裂纹从初始深度扩展到临界破坏深度对应的设备剩余工作年限为1.3年。该评估结果为变压吸附器安全运行提供了理论上的支撑。

有机玻璃YB-DM-11的疲劳裂纹扩展特性研究

研究了试样类型、应力比对有机玻璃YB-DM-11疲劳裂纹扩展速率、疲劳裂纹扩展平均寿命的影响。结果表明:试样类型对有机玻璃疲劳裂纹扩展速率影响很小,但紧凑拉伸试样的寿命大于中心裂纹拉伸试样;对于中心裂纹拉伸试样,当应力比为正时,应力比增大,疲劳裂纹扩展速率增加,疲劳裂纹扩展平均寿命减小;应力比为负时,裂纹闭合效应导致裂纹扩展加速;负应力比时的裂纹扩展速率大于正应力比,但疲劳裂纹扩展平均寿命明显小于正应力比。

轨道车辆的车轴强度和疲劳裂纹扩展的寿命分析

随着基础设施建设规模不断扩大,很多大型的机械设备和轨道车辆的性能也有了很大的提高,但实际作业中机械设备的零部件还是会受到外界环境的影响,在各种外力的作用下,车轴的强度会相应下降,长时间的工作更是会出现疲劳裂纹,缩短车辆的使用寿命。车轴是轨道车辆的重要组成部分,也是保证铁路运输的关键,因此加强车轴强度和疲劳裂纹扩展寿命的分析十分必要。文中会简单介绍车轴疲劳裂纹的扩展规律,重点分析车轴的强度以及疲劳裂纹扩展的寿命。

基于裂纹形成及扩展的火炮闩体寿命研究

某自动武器定型试验实弹射击累计523发时,静检发现闩体出现约1 mm深裂纹,为了判定损伤闩体剩余寿命是否满足使用要求,应用解析与数值模拟方法,对闩体裂纹形成阶段的寿命和扩展阶段的寿命进行了分析计算。结果表明,在常温正装药条件下,考虑闩体实际加工表面粗糙度对疲劳寿命的影响,计算总体寿命不小于1 650发,可满足闩体的设计要求。同时,对闩体疲劳裂纹形成的影响因素进行了分析,根据分析计算结果,采取了减小闩体局部表面粗糙度措施,使该火炮闩体寿命提高到1 800发以上。

疲劳裂纹扩展的不确定理论

在原有处理不确定问题的两种非概率方法的基础上,提出二阶区间分析方法和二阶凸模型方法,将不确定参数用区间或者凸集来描述;再利用Taylor级数展开法对含有不确定参数的裂纹扩展速率及寿命进行估计.同时给出传统的概率方法和两种不确定性方法的相互包含关系,对算例结果进行验证.通过对00Cr17Ni14Mo2材料裂纹扩展速率及寿命的计算,将区间分析方法、凸模型理论和传统的概率方法进行比较.结果表明,该理论在处理不确定问题时是有效的,且具有对统计信息依赖小,计算方法简便、实用和精度高的特点.

复合式路面疲劳裂纹扩展数值模拟研究

基于虚拟裂纹闭合法(VCCT)以及广义Paris公式,对隧道复合式路面的疲劳裂纹扩展寿命进行研究。首先对现有的虚拟裂纹闭合法进行改进,编写出能够模拟复合式路面疲劳裂纹扩展的子程序UEL;采用有限元软件Abaqus对子程序UEL进行调用,计算出路面结构的能量释放率以及应力强度因子,结合广义Paris公式求得其疲劳裂纹扩展寿命。改进的虚拟裂纹闭合法能以一个模型计算出多种裂纹长度对应的能量释放率,很大程度上降低了计算代价;数值模拟结果表明:Ⅰ型应力强度因子KⅠ随着裂纹扩展长度的增加而增大;Ⅱ型应力强度因子KⅡ随着裂纹长度增加先呈递减趋势,然后递增;有效应力强度因子K eff与Ⅱ型应力强度因子KⅡ的变化规律大致相同。还利用改进后的虚拟裂纹闭合法研究了上下面层模量、混凝土层模量以及超载对疲劳裂纹扩展寿命的影响。结果表明:超载系数的增大会使复合式路面的疲劳裂纹扩展寿命显著降低;疲劳裂纹扩展寿命会随着上下面层模量的增大而递增,并与上下面层模量呈近似线性关系;疲劳裂纹扩展寿命也会随着混凝土层模量的增大而递增,但递增速率会逐渐变缓。对路面疲劳寿命影响大小的次序为:超载系数>混凝土模量>下面层模量>上面层模量。研究结果对复合式路面的结构设计具有一定的参考价值。

2024-T42铝合金疲劳裂纹扩展曲线的拟合方法研究

提出了一种疲劳裂纹扩展曲线 (a N曲线 )的新拟合方法 ,并采用这种新的拟合方法对 2 0 2 4 T4 2铝合金CCT试样的疲劳裂纹扩展数据进行了拟合分析。通过疲劳裂纹扩展寿命计算结果和试验结果的对比分析 ,证明这种新的裂纹扩展曲线拟合方法具有较高拟合精度。经过实验和计算分析 ,还给出了 2 0 2 4 T4 2铝合金的疲劳裂纹扩展速率材料常数c和n值。

随机超载对疲劳裂纹扩展迟滞效应的模拟

考虑超载的迟滞效应,对随机超载作用下的疲劳裂纹扩展进行了模拟计算.载荷谱为在基本恒幅循环载荷基础上加入一以泊松流发生的随机超载序列,超载的大小为均匀分布.采用裂纹闭合模型考虑超载的迟滞效应,认为裂纹张开应力在超载引起的塑性区内按线性规律衰减.循环续循环模拟计算出裂纹从初始长度一直到疲劳破坏的扩展曲线.据此,计算了各种超载发生强度和大小下的疲劳裂纹扩展寿命的平均值与标准差.

考虑塑性损伤的船体裂纹板低周疲劳裂纹扩展行为研究（英文）

船舶结构的扩展断裂失效往往是低周疲劳破坏和累积递增塑性破坏耦合作用的结果,疲劳裂纹的扩展就是裂纹尖端前缘材料刚度不断降低延展性不断耗失而逐渐分离的结果。基于弹塑性断裂力学理论,文章提出了考虑累积塑性损伤的低周疲劳裂纹扩展速率预测模型。通过低周疲劳裂纹扩展试验拟合出模型相关材料参数并验证预测模型的合理性。通过系列有限元计算对平均应力及应力幅值的影响因素进行了数值分析。该模型的计算结果与已有实验结果基本吻合;对合理预估船体裂纹板的常幅低周疲劳裂纹扩展寿命有重要意义。

焊接结构件疲劳裂纹扩展的数值研究

针对焊接结构件中出现地裂纹现象,建立塔式起重机起重臂有限元模型。采用有限元数值模拟,同时考虑残余应力的影响,计算QTZ40塔机起重臂下弦杆与水平腹杆焊接处在变幅小车满载和空载状态下,不同长度裂纹对应的应力强度因子,建立裂纹应力强度因子幅与裂纹长度的函数关系,进而估算塔机起重臂的疲劳寿命。结果表明:应力强度因子幅随裂纹长度的增加而增大,当裂纹长度到达某一值后,应力强度因子幅呈指数型加快形式,故采取有效措施防止裂纹的快速扩展,可提高结构的疲劳寿命。

考虑累积塑性的船体裂纹板变幅低周疲劳裂纹扩展行为研究（英文）

船舶结构的扩展断裂失效往往是低周疲劳破坏和累积递增塑性耦合作用的结果,疲劳裂纹的扩展就是裂纹尖端前缘材料刚度不断降低、延展性不断耗失而逐渐分离的过程。基于弹塑性断裂力学理论,文章在作者对常幅载荷下提出的考虑累积塑性损伤的低周疲劳裂纹扩展速率预测模型的基础上对具有单个过载峰的拉伸/压缩过载下的扩展行为进行了研究。通过低周疲劳裂纹扩展试验进一步验证了该预测模型能合理评估具有单个过载峰的拉伸/压缩过载下的低周疲劳裂纹扩展行为。

多维应力状态下高温低周疲劳寿命评价

现代工业正在向着高速、高温、高压的方向发展 ,疲劳问题严重威胁着现代工业设备的安全。该文采用 2 2 5Cr 1Mo带预裂纹环状缺口圆柱形试样的实验数据及有限元分析结果 ,研究了采用当量塑性应变范围Δεp 、当量蠕变应变范围Δεc 和当量应变范围Δε,来评价材料在 4 0 0℃、应变速率为每秒 0 2 %、不同缺口形式下的高温低周疲劳总寿命和裂纹扩展寿命的可行性、缺口形式对疲劳寿命 (疲劳总寿命和裂纹扩展寿命 )的影响以及蠕变 疲劳交互作用对高温低周疲劳总寿命和裂纹扩展寿命的影响 ,最后利用最小二乘回归方法 ,得到了该材料高温低周疲劳总寿命和裂纹扩展寿命评价方程〔1～ 7〕 。