累积线性法在细长柔性悬臂梁结构分析中的应用

为了研究几何大位移悬臂梁的结构响应,在充分利用线性有限元原理与流程的基础上,本文提出"累积线性法"来对这一问题进行结构建模与求解策略的探讨,数值计算过程表明:该方法在常规有限元软件平台上十分容易实现,并与常规的"一次线性法"和"非线性求解"进行了数值对比.针对本文问题,不仅从理论上指出"累积线性法"的合理与可行和"一次线性法"存在的结果不可信等问题;同时,数值仿真也表明前两种方法得到的结果也是不同的,前者更接近非线性求解的结果.最后,给出4点结论.

基于累积线性法的柔性大展弦比机翼结构分析方法

大展弦比柔性机翼的结构响应是典型的几何非线性问题,为研究翼尖位移为半翼展长的10%以内,本文开展了累积线性法与一次线性法的对比计算工作。理论推导结果表明,累积线性法在常规线性有限元软件平台上易于实现。数值计算表明,两种方法的结果误差在2%左右,从而得出仍然可以用一次线性法来解决机翼"10%位移"问题。而超出此范围的,应进一步开展相关工作,以判断一次线性法是否可以继续使用。

基于非线性累积损伤理论的轮毂轴承疲劳寿命评估

针对轮毂轴承性能的优劣会直接影响汽车运行的舒适性与安全性这一问题,需对轮毂轴承的疲劳寿命进行研究分析,使轮毂轴承达到长周期寿命。考虑了热效应对润滑剂黏温特性的影响,通过使用Romax软件对L-P寿命分析理论进行修正,运用修正Manson-Halford累积损伤模型计算了载荷谱下的轮毂轴承的疲劳寿命,提出了一种基于非线性累计损伤理论的轮毂轴承疲劳寿命评估方法。运用Ansys联立nCode DesignLife和修正的S-N曲线对所提出寿命计算方法进行有限元验证,有限元分析计算结果与疲劳寿命计算结果比较吻合;搭建轮毂轴承耐久性试验机验证了疲劳寿命评估方法的准确性。在非线性累积损伤理论此疲劳寿命模型的基础上,研究了结构参数对寿命的影响。研究结果表明:不考虑修正因子并依据Miner准则计算出的轮毂轴承疲劳寿命,会导致计算结果出现严重失真,在考虑修正因子的情况下,采用修正的Manson-Halford方法计算的轮毂轴承的疲劳寿命更加符合实际;适当降低沟曲率半径系数、增加中心距与节圆直径能一定程度提高轮毂轴承的疲劳寿命,为轮毂轴承长周期寿命的评估提供了一定的参考。

基于线性累积损伤模型的硅油减振器寿命预测分析

以某重型柴油机硅油减振器为研究对象,将硅油劣化作为损伤参量,建立了硅油减振器线性累积损伤模型。基于发动机台架混合循环和负荷循环耐久试验结果,对减振器寿命模型进行标定。结合实测道路载荷谱,实现了减振器在实际使用场景下的使用寿命预测。结果表明,在牵引车工况下,基于混合循环和负荷循环试验预测的M60减振器寿命分别为1.425×10^(6) km和2.896×10^(6) km,均满足发动机寿命里程要求。

考虑非线性累积损伤的铸造起重机疲劳性能分析

针对铸造起重机在服役过程中的疲劳问题,考虑实际的疲劳载荷谱,基于非线性累积损伤原理分析其疲劳性能。首先对某钢厂在役铸造起重机的关键疲劳危险点进行了应力时间历程实测,然后基于双参数雨流计数法和Goodman等寿命方程编制了一维载荷谱,采用常用的线性累积损伤模型和低⁃高、高⁃低的非线性累积损伤模型,计算并分析了关键部位的损伤特性和寿命特性。结果表明,铸造起重机的疲劳载荷谱与疲劳计算点所在部位和实际服役过程密切相关;非线性累积损伤模型与常用的线性累积损伤模型相比具有较高的预测精度,采用高⁃低的载荷加载顺序可以获得更加保守的寿命预测结果。

考虑加载次序影响的沥青非线性疲劳损伤累积研究

变幅加载下沥青的疲劳损伤累积具有明显的非线性特征,传统的Miner’s线性疲劳损伤累积准则无法表征不同变幅加载次序下沥青的非线性疲劳损伤累积(NLFDA)。该研究旨在建立考虑加载次序影响的NLFDA模型,准确表征加载次序对沥青疲劳损伤累积的影响。通过开展应力控制的沥青恒幅加载疲劳试验,采用耗散伪应变能(DPSE)表征沥青疲劳损伤,分析恒幅加载下沥青的疲劳损伤累积规律;采用低-高和高-低两种加载次序,开展应力控制的沥青变幅加载疲劳试验,分析变幅加载下沥青的疲劳损伤累积规律;基于损伤等效准则,建立考虑加载次序影响的NLFDA模型,分析加载次序对疲劳损伤累积的影响。结果表明:应力控制模式下的沥青疲劳损伤,呈先缓慢后急剧的非线性增加演化趋势;恒幅加载下沥青疲劳损伤服从Miner’s准则发生线性累积,且累积寿命分数等于1;变幅加载下沥青疲劳损伤不服从Miner’s准则而发生非线性累积。低-高和高-低变幅加载次序下,沥青累积疲劳寿命随一级寿命分数的增大而分别增加和减小,累积寿命分数分别大于1和小于1;建立的NLFDA模型可克服Miner’s准则缺陷,并较为准确地表征加载次序对沥青疲劳损伤累积的影响。

基于线性疲劳累积损伤的传动部件强化试验方法

针对传动部件可靠性试验常规试验方法试验时间较长的问题,提出了一种基于十字轴S-N曲线和线性疲劳累积损伤理论的强化试验方法。通过十字轴的理论疲劳强度极限、实测应力统计分析结果和试验台相关参数,制定了传动部件的强化试验方法。该方法不仅能有效验证传动部件的可靠性水平,而且能大幅缩短试验时间,节约试验成本,加快部件开发进程,同时能有效暴露传动部件的潜在设计缺陷。

累积线性法在确定柔性机翼型架构型中的应用

针对大展弦比柔性机翼,在承受气动载荷时会出现几何大变形的问题,但以"小变形线性假设"为计算基础,就不再适合这些机翼的结构分析与优化等工作。对此,本文提出"累积线性法"来对这一问题进行结构建模与求解策略的研究,形成如下步骤:首先,运用"一次线性法"对巡航构型的机翼进行反向加载,获得机翼初始(近似的)生产构型;其次,按照"累积线性法"原理建立该构型下大展弦比柔性机翼力学模型,利用机翼结构模型在承受载荷前后的坐标变化来形成模型的更新格式;再次,将气动载荷、巡航构型与生产构型组合构建出收敛准则,并以机翼初始生产构型进行"累积线性法"的求解工作。数值仿真及分析表明:本文给出的方法可行并有效,为结构几何大变形结构分析与优化问题提供了新的思路。

基于累积线性法的一种柔性蒙皮设计

变体飞机的机翼需要能够光滑连续变形的柔性蒙皮,借鉴自然界蜜蜂筑巢的蜂窝,针对柔性蜂窝力学特性,采用CAD与CAE相结合的策略,以累积线性法为建模与计算手段,开展柔性结构几何大变形的非线性分析。对凯夫拉29、凯夫拉49两种柔性蜂窝和硅橡胶在不同组合的柔性蒙皮以及在不同蜂窝厚度的情况下,分别进行了数值计算对比工作。结果表明:单纯的硅橡胶,以及单纯的蜂窝式结构都不能满足变体飞机中柔性蒙皮的高承载、大变形和轻重量的需求;分别采用凯夫拉29和凯夫拉49与硅橡胶结合时,凯夫拉49材料的柔性蜂窝结构的法向承载能力要高于凯夫拉29蜂窝;另外,柔性蜂窝高度5 mm和壁厚1 mm时,法向承载能力很弱,增加高度的柔性蜂窝法向刚度有所改善。可以推知,在变体飞机特殊部位,用柔性蜂窝蒙皮代替传统硬蒙皮具有一定的可行性。

基于累积线性法某全复材结构无人机减重设计的实现

为了研究几何大变形悬臂结构响应问题,首先,本文从理论上提出累积线性法来对这类问题进行结构建模与求解策略的探讨。理论推导与数值计算过程表明:累积线性法既合理又可行,而一次线性法的结果存在不可信等问题;从方法流程上显示,本方法在常规有限元软件平台上十分容易实现,并具有6个明显优点,这便于开展对复杂的柔性结构进行分析,使得运用累积线性法研究柔性机翼的结构响应成为可能。其次,通过比较一次总加载线性模型和不同累积次数的累积线性模型的结果,再次得出一次线性法的误差不可接受,针对此类问题,还提供了累积次数与精度的关系,即累积4次以上,便可达到工程精度要求。由此得出,累积线性法分析柔性机翼结构不仅可行,而且有效。最后,开展了某超轻型无人机全复材结构减重设计,取得了良好的效果。

基于剩余强度衰减退化的非线性累积损伤准则及其可靠性定寿

零件的疲劳破坏是一个损伤逐步累积、承载能力逐步下降的过程,其疲劳强度随其承受的载荷和频次而不断衰减.通过研究疲劳过程中材料剩余强度衰减退化的规律,从疲劳损伤的定义出发,把剩余强度退化通过一个衰减系数引入到损伤的定义中,提出考虑材料强度性能退化的非线性累积损伤模型来修正Corten-Dolan理论模型.该模型不但考虑了载荷间的相互作用效应,而且还考虑了载荷加载历史引起的强度退化的影响.同时提出了一种基于剩余强度衰减退化的零件疲劳寿命可靠性分析方法,即在假设剩余强度分布服从对数正态分布下,用零件的剩余疲劳损伤强度计算疲劳可靠度和预测零件疲劳可靠性寿命.通过基于修正Corten-Dolan模型的疲劳寿命预测和算例对比分析,该模型完善了传统Corten-Dolan理论模型的适用范围,提高了预测精度.以恒幅载荷作用下的疲劳可靠性描述为例,通过对比模型分析值和实验值,证实了基于剩余强度衰减退化的疲劳寿命可靠性分析模型的可行性,并可以推广至多级载荷作用下的疲劳可靠性寿命的预测.

疲劳损伤及其非线性累积规律的研究

研究了疲劳损伤的合理定义,给出了适当的损伤累积法则应当满足的必要条件,建立了一种以有效循环塑性应变能耗为基础的疲劳损伤非线性累积法则。并从理论和实验两方面证明了该法则能够正确反映载荷次序效应等疲劳累积损伤规律。

用于疲劳寿命预测的概率型线性累积损伤准则

引入随机疲劳损伤正则化因子的概念,建立了一种满足统计自治条件的概率型线性疲劳累积损伤准则,给出了单级加载、多级加载和随机谱载作用下,结构或结构元部件的随机疲劳累积损伤计算公式.这些公式可用来描述结构或结构元部件疲劳裂纹形成概率随循环加载历程的演化规律.

复合生态系统非线性累积效应响应因子的阈值模型

基于流域系统累积环境效应的产生机理,以系统动力学特征和累积环境效应-反应过程特征曲线为依据,分析了复合生态环境承载力及其适应性,提出并建立了非线性累积效应响应的指标阈值模型及因子响应程度的客观、动态量化方法。模型的建立对系统可持续发展的评估决策具有一定的指导作用。

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 .

非线性疲劳损伤累积理论研究

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,避开等效损伤,并考虑加载顺序、领域潜在损伤和损伤的非线性对材料疲劳寿命的影响,建立了一种非线性疲劳损伤累积模型及其计算公式,并利用两种材料疲劳实验数据,通过该模型预测了它们疲劳寿命。所得结果符合实际,证明了该模型及其计算公式对材料进行寿命预测是可行的。

采用线性累积模型分析电缆绝缘寿命试验数据

采用线性累积模型对具有无故障寿命的某型号电缆绝缘性能步进应力加速寿命试验数据进行了分析，给出了在多截尾情况下参数的极大似然估计和似然函数的通式。

考虑非线性累积损伤的桥梁疲劳寿命分析

为了准确反映桥梁非线性累积损伤,建立了桥梁非线性累积损伤模型,并分析了模型中主要参数对桥梁疲劳寿命的影响.首先,基于损伤力学理论,引入桥梁非线性累积损伤模型和对应的等效应力幅计算公式.然后,分析模型中主要参数对结构疲劳性能的影响.最后,用桥梁非线性累积损伤模型和Miner模型分析大连某大桥的疲劳性能.研究发现,随着材料参数α的减小,结构损伤增大,并且等效应力幅是影响结构损伤的主要因素.桥梁非线性累积损伤模型能准确反映实际的非线性累积损伤过程,而Miner模型偏保守.

基于二元疲劳失效判据的非线性疲劳损伤累积模型及其强度退化研究

二元疲劳失效判据认为疲劳破坏是由损伤程度和当前作用应力这两个量共同决定的,由此观点出发定义了非线性损伤,并建立了与载荷状态有关的非线性损伤累积模型,推导了在多级加载下的递推公式。经两种金属材料的疲劳试验数据验证表明,用该模型预测疲劳寿命,其结果是令人满意的。从疲劳过程本质上是材料静强度不断退化的过程的观点出发,建立了基于二元疲劳失效判据的非线性强度退化模型,将模型应用于两级及多级载荷下的剩余寿命估算,结果表明,所提出的剩余强度退化模型是合理可行的。

基于非线性累积损伤理论的起重机桁架臂K节点疲劳寿命研究

起重机桁架臂焊缝数量多、受力状况复杂,K节点的疲劳寿命采用线性Palmgren-Miner(PM)法则进行计算的精度较差。提出了基于虚拟样机技术的"实测+仿真+比对+统计"组合策略的载荷谱获取方法,可以极大幅度降低实测应力谱的工作量和成本。首次将Huffman非线性累积损伤理论应用于桁架臂K节点疲劳寿命分析,通过设定焊接构件不同的初始损伤,得到了使计算疲劳寿命趋于适度保守的初始损伤建议值。疲劳试验结果表明:此方法比PM法则计算精度更高,由于只需要循环应力-应变曲线和常幅应变寿命曲线等少量的材料性能数据,计算简单,工程应用价值较大。