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。

基于Anand模型的BGA封装热冲击循环分析及焊点疲劳寿命预测

BGA封装在电子元器件中的互连、信息传输等方面起着重要作用,研究封装元件的可靠性以及内部焊点在高温、高湿、高压等极限条件下的稳定性显得尤为重要。基于Anand模型分析了封装元件在热冲击下的塑性变形和应力分布,同时对不同空间位置焊点的最大应力与主要失效位置进行了对比,并运用Darveaux模型计算出焊点最危险单元的裂纹萌生、裂纹扩展速率和疲劳寿命。结果表明,在热冲击极限载荷下,封装元件的温度呈现对称分布,表面温度与内部温度差较大,约为15℃;最大变形为0.038 mm,最大变形位置为外侧镀膜处;最大应力为222.18 MPa,内部其余部分的应力值为20 MPa左右。对于内部焊点,最大应力为19.02 MPa (250 s),应力最大位置在锡球下方边缘,预估其疲劳寿命为6.29天。

Q460C钢缺口板的疲劳裂纹萌生寿命计算模型和总疲劳寿命计算

基于位错随循环加载次数的增加加速移动、聚合形成疲劳裂纹的试验事实,假设疲劳裂纹萌生速率是循环加载次数的单调递增幂函数,通过积分推导出疲劳裂纹萌生寿命计算模型。Q460C钢缺口板的疲劳试验结果显示,疲劳裂纹萌生寿命、扩展寿命和总疲劳寿命均随应力幅和名义最大应力的降低而增加,疲劳裂纹形成寿命与总疲劳寿命的比值为0.82~0.90。我国《钢结构设计标准》建议的总疲劳寿命计算式的计算误差为-17.0%~+84.9%。以椭球面断裂模型作为裂尖开裂判据,对Q460C钢缺口板的疲劳裂纹扩展进行了理论计算和数值模拟。以疲劳裂纹萌生处应变溢出时裂纹长度0.05 mm作为疲劳裂纹萌生临界尺寸,标定的Q460C钢缺口板的疲劳裂纹萌生寿命计算式、扩展寿命计算式和总疲劳寿命计算式的计算误差分别为-15.0%~-1.2%、-12.4%~+2.8%和-12.1%~-1.4%。

闭型离散更新截断δ冲击模型的寿命分布

采用取条件法、概率法研究闭型离散更新截断δ冲击模型的寿命问题,得到了该模型的可靠度、寿命的矩等寿命性质的显式表达式,并将该模型的寿命分布和平均寿命应用在具体分布中进行数值模拟.

Yule-Furry经典δ冲击模型的寿命性质

采用取条件法、概率法和矩母函数法研究Yule-Furry经典δ冲击模型的寿命问题,给出该模型的可靠度、矩母函数、寿命的矩等寿命性质的显式表达式,并将该模型的平均寿命应用在细胞癌变问题中进行数值验证.

基于有限元分析的连续油管寿命研究及预测模型

目前针对连续油管的寿命预测研究较少,但在实际的生产中连续油管的突然失效会造成极大安全隐患,急需解决方案。针对此问题,本文使用有限元仿真方法,针对三种规格的CT80连续油管在不同工况下进行有限元分析,得到了连续油管的受力、形变和疲劳寿命。用疲劳试验对有限元分析进行验证,证明了有限元分析的疲劳寿命的准确性。将连续油管的直径、壁厚、内压、弯曲半径参数转化为外壁应变和环向应力,通过数据拟合建立了关于外壁应变、环向应力和疲劳寿命之间的全经验公式,得到连续油管疲劳寿命预测模型。并用试验得出的结果与疲劳寿命预测模型进行比较,误差较小,可用于CT80连续油管的疲劳寿命预测,最后通过疲劳试验得到了连续油管在二级加载下的疲劳寿命模型,该模型可预测油管在第二级载荷下的剩余疲劳寿命。

改性橡胶透水混凝土老化寿命精准预测模型构建

为了提高改性橡胶透水混凝土老化寿命预测效果,构建改性橡胶透水混凝土老化寿命精准预测模型,制备不同改性剂含量的橡胶混凝土试件,并进行老化温度循环实验。引入威布尔分布,建立混凝土的密度函数与分布函数,并构建改性橡胶透水混凝土修正Coffin-Manson老化寿命模型,实现改性橡胶透水混凝土寿命预测。结果表明:不含改性剂混凝土的质量损失最大,而改性橡胶透水混凝土可以保持较高的有效孔隙率与相对动弹模量。通过该模型预测可知,不含改性剂的混凝土老化寿命更短,而4%改性剂的试件在冻融循环2267.2次后失效,即该试件的老化寿命为2267.2,其老化寿命最高,且该预测模型的预测可靠度高于0.8,可以精准预测老化寿命。

基于SARIMA和SVR组合模型的转向架系统寿命评估

随着地铁运营时间和里程的增加,地铁车辆逐渐接近其理论寿命,为确保车辆运行安全性,需对其重要子系统进行健康状态及剩余寿命评估。文中选取车辆转向架系统作为研究对象,提出了一种基于协方差优选法的季节性回归移动平均(SARIMA)和支持向量回归(SVR)的组合模型对转向架寿命进行评估。首先,将车辆转向架系统历史故障率转化为健康指数,然后基于协方差优选法将SARIMA和SVR进行赋权组合,根据转向架系统历史健康指数进行预测,最后建立历史和预测的健康指数与运行时间的数学模型,分析得到转向架系统的剩余寿命。以某地铁车辆转向架系统为例进行算例分析及验证,结果表明组合模型可更准确地预测其健康状态,为有关维修部门开展维修维护策略提供理论依据,估计得出其剩余寿命,为车辆寿命后期退役及延寿决策提供理论数据分析支撑。

基于绿色建筑全寿命周期的增量成本与收益模型研究

基于绿色建筑全寿命周期理论,以现有绿色建筑评价标准为基础,分析绿色建筑全寿命周期内增量成本与增量收益,构建经济性评价模型,并对某绿色建筑项目进行评估与分析,打破绿色建筑“高消费”的固有模式,推动绿色建筑市场化、普及化,促进绿色建筑发展,加速低碳经济转型。

基于状态划分和集成学习的轴承剩余使用寿命预测模型

针对滚动轴承剩余使用寿命(RUL)预测退化起始时间(DST)难以确定,以及单一寿命预测模型精度比较低的问题,提出了一种基于状态划分和集成学习模型的滚动轴承RUL预测方法。首先,提取了轴承振动信号的特征,利用滑动窗口不断更新3σ准则预警范围,结合连续触发机制自适应确定DST;然后,采用具有自适应噪声的完全集成经验模态分解(CEEMDAN)对退化阶段信号序列进行了自适应分解;最后,构建了集成学习模型,考虑分量的不同特性进行了多步滚动预测,融合预测结果得到了轴承RUL,采用滚动轴承XJTU-SY公开数据集进行了试验验证。研究结果表明:与基于长短时记忆神经网络(LSTM)、反向传播神经网络(BPNN)的预测方法相比,该方法预测结果的平均绝对误差分别降低了11.7%以及5.6%,相对均方根误差分别降低了12.2%以及10.7%,验证了该方法在轴承RUL预测中的有效性和优越性。

斜拉桥全寿命周期碳排放计算模型

为助力建筑业实现“双碳”目标,对斜拉桥的碳排放量化模型展开研究.将斜拉桥的全寿命周期划分为设计规划、建材准备、施工、运营维护以及拆除报废5个阶段,界定其碳排放边界,梳理碳排放源.采用碳排放因子法逐一建立各个阶段的碳排放计算模型,并对宁波杭州湾新区杭州湾大道跨十一塘江斜拉桥进行定量分析.计算结果表明,案例斜拉桥全寿命周期碳排放量为185900.41 t,主要在运营维护阶段和建材准备阶段产生.各阶段碳排放占比分别为0.04%、45.34%、0.58%、50.75%和3.29%.就综合质量碳排放量而言,案例斜拉桥建设期上部结构最大,为0.78 t(CO_(2)e)/t;附属设施次之,为0.34 t(CO_(2)e)/t;下部结构最小,为0.23 t(CO_(2)e)/t.通过不同桥型间的碳排放对比(设计规划阶段除外)可知,案例斜拉桥与其他3种桥型的全寿命周期碳排放规律略有不同,占比最大的是运营维护阶段,占比最小的是施工阶段.就桥面单位面积碳排放而言,悬索桥最大,为11.22 t(CO_(2)e)/m^(2);混凝土梁桥为6.48 t(CO_(2)e)/m^(2);斜拉桥为4.96 t(CO_(2)e)/m^(2);钢混组合梁桥最小,为4.45 t(CO_(2)e)/m^(2).本文建立的碳排放计算模型可用于指导桥梁选型、运维策略,同时为后续相关标准的出台提供了科学依据.

冻融作用下高速铁路路基沥青混凝土防水封闭结构疲劳寿命预测模型

以高速铁路路基沥青混凝土防水封闭结构为研究对象,考虑季节性冻土地区的气象条件设计了疲劳试验和冻融循环试验,研究冻融循环作用对其疲劳特性参数演变规律的影响。结合平稳值与冻融循环周期的作用规律,提出了高速铁路路基沥青混凝土防水封闭结构在冻融循环作用下的疲劳寿命预测模型,并利用疲劳极限临界点的平均值对此疲劳寿命预测模型进行了可靠性验证。结果表明:沥青混凝土耗散能变化率与加载次数曲线在冻融前后呈现三个阶段;沥青混凝土防水封闭结构的疲劳寿命随冻融循环次数的增多而降低,且降低幅度越来越大,其抗疲劳性能受到显著损伤;经验证,高速铁路路基沥青混凝土防水封闭结构疲劳寿命预测模型准确、可靠。

基于隐马尔科夫模型的牵引变压器油纸绝缘剩余寿命预测

为考虑动车组车载牵引变压器油纸绝缘老化状态对剩余寿命的影响,本文采用油中溶解气体含量作为反映油纸绝缘老化的特征参量,由于油纸绝缘老化过程中具有动态特性,依据油纸绝缘老化状态与特征参量之间对应的隐藏状态与观测状态建立隐马尔科夫模型。首先通过贝叶斯信息准则确定隐藏状态数目,利用k-Means算法对观测序列进行聚类处理。在此基础上,利用Viterbi算法对观测序列进行状态识别进而确定油纸绝缘老化状态,最后结合比例风险模型确定可靠度函数。通过CRH2型动车组车载牵引变压器油中溶解气体在线监测数据验证模型的准确性,最终得到油纸绝缘的剩余寿命与实际寿命基本相符,从而可为后续制定牵引变压器维修策略提供理论参考。

基于策略梯度Informer模型的滚动轴承剩余寿命预测

典型的编码器-解码器——Transformer存在二次时间复杂度、高内存使用及模型结构复杂等固有限制,造成Transformer用于滚动轴承剩余寿命(RUL)预测会表现出较低预测精度和较低计算效率的问题。为此,提出一种新型编解码器——策略梯度Informer(PG-Informer)模型,并将其应用于滚动轴承RUL预测。首先,在PG-In-former的新型编解码器体系结构——Informer中设计了概率稀疏自注意力(PSSA)机制替代Transformer中原有的自注意力机制,以提高非线性逼近能力并减少时间和空间复杂度;然后,PG-Informer采用自注意力蒸馏(SAD)操作减少参数维度和参数量,并提高了对时间序列的预测鲁棒性;此外,PG-Informer的生成式解码器对解码输入进行一步解码输出预测结果,无需动态多步解码,提升了对时间序列的预测速度;最后,构造了策略梯度学习算法来提高对PG-Informer参数的训练速度。PG-Informer的以上优势使所提出的基于PG-Informer模型的滚动轴承RUL预测方法可以获得较高的预测精度、较好的鲁棒性和较高的计算效率。对辛辛那提大学智能维护系统中心的1号滚动轴承的RUL预测实验结果表明,所提出方法预测得到的RUL值为963min,其RUL预测误差仅为6.50%,比基于Transformer的RUL预测方法预测精度更高、预测误差更小、鲁棒性更好;所提出方法所耗费的RUL预测时间仅为132.37s,比基于Transformer的RUL预测方法的预测时间更短。以上实验结果验证了所提出方法的有效性。

基于循环孔洞扩张模型的X型圆管节点超低周疲劳寿命预测

海洋工程钢结构在服役过程中,受风、浪、流或地震等极端循环载荷的影响,易发生超低周疲劳断裂破坏,造成人员伤亡及财产损失,因此超低周疲劳断裂分析及寿命预测对于海工结构安全性评估至关重要。然而,现阶段基于累积损伤理论提出的多种超低周疲劳寿命预测模型无法对多尺度节点实现统一预测,造成了实际工程应用的不便。因此文中基于循环孔洞扩张模型开展X型圆管节点超低周疲劳寿命预测。首先,开发了基于循环孔洞扩张模型的VUSDFLD程序,实现ABAQUS与FORTRAN子程序联合应用,利用有限元分析验证循环孔洞扩张模型在X型圆管节点超低周疲劳断裂分析中的有效性;其次,根据多组X型圆管节点超低周疲劳断裂有限元分析结果,在宏观层面提出了一种基于Manson-Coffin公式的超低周疲劳寿命预测公式;最后,依据Miner理论,将适用于等幅加载的超低周疲劳寿命公式扩展至变幅加载情况,验证了多种节点尺寸下超低周疲劳公式的适用性,为工程应用提供了理论依据。

基于等效电路模型的云端动力电池寿命估计

由于目前动力电池管理系统(battery management system,BMS)存在存储小、算力低等问题,仅依靠BMS估计出的容量误差会随电池荷电状态(state of charge,SOC)累计误差增大而逐渐增大。为实现动力电池寿命准确估计,提出了基于等效电路模型(equivalent circuit model,ECM)的动力电池容量估计方法。模型基于开路电压(open circuit voltage,OCV)和SOC的关系,直接建立1阶RC模型和容量联系;通过粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)寻优最小仿真端电压与实际端电压的均方根误差(root-mean-square error,RMSE),此时辨识结果为初步估计容量,结合多项式回归(polynomial curve fitting,PCF)控制卡尔曼滤波(kalman filter,KF)对辨识结果进行了优化。最后对云端实车与传统方法测得的容量进行对比验证,二者的RMSE小于3%且最大绝对误差小于2 Ah。与现有方法相比,该方法能够不单依赖BMS数据准确估计容量。同时,对于实车等复杂场景的应用做出了优化,可以实现实车场景下的容量精确估计。

2A70铝合金应变疲劳全寿命预测模型

针对2A70铝合金在全寿命范围内的疲劳寿命预测问题,开展了2A70铝合金材料拉伸试验、单轴拉压条件下的低周疲劳试验和高周疲劳试验,讨论了全寿命范围内通过应变进行寿命预测的优势,提出了一种应变疲劳全寿命曲线模型,建立了2A70铝合金的应变疲劳全寿命曲线。通过试验结果对本模型以及3种常用模型的参数进行了标定,并对4种模型的预测结果进行了对比分析,结果表明,提出的新模型寿命预测结果均在3倍误差带范围内,平均误差和分散性都较小,寿命预测精度优于其他3种模型,新模型更适合于2A70材料在同样应变比条件下的疲劳寿命预测。

基于晶体塑性模型的304不锈钢疲劳寿命预测

基于晶体塑性理论生成的多晶体代表性单元,通过模拟拉伸试验获得具有宏观性能的晶体塑性材料参数;采用累积塑性应变作为疲劳指示因子进行疲劳寿命预测。结果表明:通过疲劳指示因子预测的疲劳寿命在试验获得的疲劳寿命的±2倍误差范围之内,模拟结果在可接受范围之内。

基于比例风险模型的飞机部件剩余寿命预测

为准确预测飞机部件的剩余寿命,在对某航空公司最近4年的163架波音B737 NG型号飞机的维修数据进行分析的基础上,提出基于比例风险模型的飞机部件剩余寿命预测方法。通过估计部件装拆间隔飞行时间对应的寿命分布,计算部件在当前时刻对应的可靠度;对部件的维修数据进行分析,筛选出影响部件寿命的主要因素;据此预测部件的剩余寿命。通过实例分析,部件的累计飞行时间、飞机的机龄以及飞机的运行环境等均为影响部件寿命的重要因素。实验结果表明,基于比例风险模型的预测结果较其它预测模型在3个评价指标上均取得了最好效果。

航改型燃气轮机部件蠕变寿命预测模型研究

航改型燃气轮机因其研制基础好、设计周期短、结构紧凑、燃料适应性强等优点,在海上油气平台、船舶动力及管道输送等领域得到了广泛应用.航改型燃气轮机叶片在高温、高压等苛刻环境下工作时,蠕变是其主要失效方式之一.为确保叶片的运行可靠性,通常选用抗蠕变性能较好的镍基合金作为制造材料.该种材料蠕变第三阶段较为明显,占比较高,当前的蠕变损伤本构方程难以精确表征镍基合金蠕变第三阶段的失效行为.针对上述问题,本文提出了一种可合理描述蠕变第三阶段的损伤本构模型,并得到了不同温度下蠕变实验数据的验证.该模型的提出可为航改型燃气轮机高温部件的寿命精准预测和可靠性设计提供较好的理论基础.