基于线性累积损伤理论的地铁车辆转向架构架服役寿命预测研究

地铁车辆转向架构架在多种载荷作用下极易产生疲劳裂纹,严重影响车辆运行的安全性和稳定性,需要开展地铁车辆转向架架构疲劳耐久分析和服役寿命预测。介绍了线性累积损伤理论。建立了地铁车辆动力转向架构架服役寿命预测技术路线。搭建了目标结构有限元模型,依据UIC 615-4:2003和EN 13749:2011要求模拟列车运行负载情况,对转向架构架进行静强度和疲劳强度分析,并识别各工况下的结构薄弱点;通过运营线路动应力试验,掌握了列车运行时这些结构薄弱点的真实循环载荷应力数据;结合材料的疲劳曲线和线性累积损伤理论预测了转向架构架服役寿命。研究表明,基于线性累积损伤理论的地铁车辆转向架架构服役寿命预测方法能够预测转向架构架服役寿命。为修正预测误差,建议在后续研究中持续探索基于车辆转向架构架初始缺陷裂纹扩展机理的断裂力学寿命预测技术。

基于Miner线性累积损伤理论的刷式密封疲劳寿命数值研究

基于Miner线性累积损伤理论对刷式密封刷丝的疲劳寿命进行分析,采用Goodman平均应力修正理论对刷丝材料的S-N曲线进行修正,利用有限元静力学和疲劳寿命分析方法建立刷式密封刷丝的疲劳寿命分析模型。在验证数值模型准确性基础上,通过分析刷式密封刷丝的不同结构参数对刷丝疲劳寿命的影响,对刷式密封刷丝的结构参数进行优化。研究结果表明:刷式密封刷丝容易失效的区域主要为刷丝根部区域,其次为刷丝中间区域;在刷丝材料的屈服应力内,随着最大应力幅值的增加,刷丝的疲劳寿命降低;随着刷丝直径的增大,刷式密封刷丝的疲劳寿命降低,随着刷丝倾角和刷丝长度的增大,刷丝的疲劳寿命逐渐增加;当刷式密封的刷丝直径为0.08~0.12 mm,刷丝倾角为45°~55°,刷丝长度为8~12 mm时为刷式密封刷丝可获得最佳的疲劳寿命。

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.

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.

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。

一种新的可用于混凝土疲劳研究的非线性累积损伤模型(英文)

研究混凝土疲劳问题的主要困难之一 ,就是混凝土疲劳损伤的累积速度与不同强度循环荷载的作用次序有关 ,且是非线性的。但通常的一些非线性损伤模型却不能反映荷载作用次序的影响。为了解决此问题和混凝土结构在长期不稳定循环荷载作用下的疲劳问题 ,我们在Miner线性累积损伤模型的基础上提出了一个新的非线性累积损伤模型。通过两个疲劳损伤实例的计算证明了该模型不仅能够反映出不同强度应力水平先后作用次序对疲劳损伤演变情况的影响 ,而且保留了Miner模型概念明确、使用方便的优点。当通过试验得到一组有关曲线之后 ,不稳定循环荷载作用下的混凝土疲劳累积损伤计算将变得异常简单 ,极便于在工程设计中采用。

基于非线性累积损伤理论与冲击模型的疲劳寿命预测

为探讨冲击载荷下结构件的疲劳可靠性,考虑疲劳极限以下载荷引起的疲劳损伤及载荷间相互作用,结合非线性累积损伤Corten-Dolan模型与冲击模型,提出一种针对非线性疲劳损伤的疲劳寿命预测模型,预测两种结构件的疲劳寿命.结果表明:基于非线性累积损伤理论和冲击模型的疲劳寿命预测模型较传统模型的预测精度更高,能够更好地适用于冲击载荷下结构件的疲劳寿命预测.

基于非线性累积损伤的随机振动疲劳寿命分析

预测承受随机载荷结构件的疲劳寿命是一个复杂的问题,应用Miner线性损伤准则经常会得出偏于冒险的寿命预测。非线性累积损伤理论考虑了加载顺序对疲劳寿命的影响,精度更高,但计算繁琐,且未能用于频域寿命计算。文中给出了一种基于非线性累积损伤的随机振动疲劳寿命分析方法,该方法将频域疲劳寿命的预估结果平分为若干段,考虑顺序效应对每一段结果进行修正并叠加,得到修正的振动疲劳寿命结果,通过简单试验件试验验证了该方法的准确性,对于某加筋板结构在动力学准确建模、多轴应力等效的基础上进行寿命估算,结果证明了方法的有效性和工程可用性。

基于线性累积损伤模型的变压器绝缘寿命评估

基于电力变压器在不同应力下的劣化作用机制,分析了电、热、机械应力等因素作用下的各种劣化模型,总结了不同应力作用下变压器劣化累积效应的共性规律,建立了变压器在时变工作应力和随机应力共同作用下的线性累积损伤模型LCDM,对变压器绝缘寿命进行评估,并利用试验数据验证了该模型的有效性。

Miner线性累积损伤理论在滚筒洗衣机轴承寿命计算中的应用

以预测滚筒洗衣机的轴承使用寿命为目标,根据滚筒洗衣机的工作原理,对滚筒洗衣机受力模型进行简化。基于此阐述滚筒洗衣机轴承寿命计算的方法,将轴承基本寿命计算分为三个部分进行:a)基于简化的受力模型,推导出轴承承受力表达式;b)结合ISO 281《滚动轴承额定动载荷及额定寿命》中轴承基本寿命计算公式,计算洗衣机不同工况下的循环载荷;c)引入Miner线性累积损伤理论,探讨循环载荷与总当量载荷的关系。根据洗衣机的变幅循环载荷受力特点,将ISO 281与Miner线性累积损伤理论结合应用于滚筒洗衣机轴承寿命计算,推导出平均当量动载荷表达式,回答了不同工况下的循环载荷与总当量动载荷之间的关系。

基于线性累积损伤的金属结构全场疲劳分析技术

基于线性累积损伤理论,针对起重机金属结构特点,提出一种可计算全场疲劳并以云图方式显示的技术方法,以ANSYS有限元软件为基础,利用APDL与VC++结合,自动控制其求解过程。解决长期以来疲劳校验只能针对结构某个局部而不能整体分析的问题。

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。

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。

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。

基于线性累积损伤准则讨论钢桥面板顶板厚度

为了讨论顶板的合理厚度,采用Miner线性累积损伤准则,根据国内一座悬索桥和一座斜拉桥的实测交通数据,对该细节处进行疲劳性能分析,并考虑车辆轮载横向偏移、冲击作用以及桥面铺装的影响。通过分析可知,横隔板处的疲劳细节可能是设计控制位置。交通荷载超重是造成疲劳寿命降低的重要原因。各个车道荷载作用下所需顶板厚度比较离散,取值范围为16~28 mm,可以考虑在重车道采用较厚的顶板应对超载现象。

非线性疲劳损伤累积下钢轨裂纹萌生预测

将考虑荷载作用次序的损伤曲线法与考虑荷载相互作用的疲劳损伤法相结合,修正了非线性疲劳损伤累积模型,提出基于非线性疲劳损伤累积的钢轨疲劳裂纹萌生-磨耗共存发展预测方法,并与其他线性和非线性疲劳损伤累积模型的预测结果进行对比.结果发现:非线性疲劳损伤累积模型计算的累积损伤高于线性疲劳损伤累积模型的结果,其中非线性疲劳损伤累积修正模型得到的损伤累积最大,相应的裂纹萌生寿命最小;对U75V热处理钢轨来说,非线性疲劳损伤累积修正模型预测的裂纹萌生寿命为车轮通过次数约2.58×105次,裂纹萌生于钢轨次表面,距离钢轨表面深度约2.12mm,平均磨耗发展率为2.90μm/万次;Miner线性疲劳累积模型预测的裂纹萌生寿命接近现场观测值的上限,非线性疲劳损伤累积修正模型预测的裂纹萌生寿命接近观测结果中值.

确定性疲劳累积损伤理论进展

著名的Miner-Palmgren线性累积损伤理论的提出已有 70余年 ,但由于疲劳问题的复杂性 ,迄今为止还没有一个模型的工程应用价值能与该理论媲美。疲劳累积损伤理论仍在发展与完善中。文章根据疲劳损伤与疲劳累积损伤理论的特点 ,将确定性疲劳累积损伤理论分成两大类 ,即线性累积损伤理论和非线性累积损伤理论 ,并将主要的非线性累积损伤理论分成五类 :a .基于损伤曲线法的非线性累积损伤理论 ;b .基于材料物理性能退化概念的非线性累积损伤理论 ;c .基于连续损伤力学概念的非线性累积损伤理论 ;d .考虑载荷间相互作用效应的非线性累积损伤理论 ;e .基于能量法的非线性累积损伤理论。文章分析了每一类模型中有代表性模型的物理背景 ,回答了模型在疲劳累积损伤理论中存在的主要问题 ,简要评述了模型的优缺点 。

基于线性疲劳累积损伤理论的直齿圆锥齿轮传动可靠度计算

线性疲劳累积损伤可靠性理论认为零部件的可靠度取决于抗疲劳损伤强度大于疲劳损伤量的概率,本文将此理论应用于直齿圆锥齿轮传动的可靠性设计,建立单级载荷谱工况下可靠度计算模型,通过分析和计算直齿圆锥齿轮设计算例,结果验证了基于线性疲劳累积损伤理论的可靠度计算模型在直齿圆锥齿轮传动可靠度计算中的可行性与合理性,为机械零部件的可靠性设计提供了理论依据。