考虑修正平均等效应力强度因子的焊点缺陷疲劳寿命研究

提出了一种基于超声回波的焊点缺陷疲劳寿命预测评价方法。该方法采用模糊数学理论,基于超声回波特征获得损伤系数,然后综合考虑法向应力、剪切应力和初始缺陷的影响,将焊点缺陷在裂纹扩展路径上的修正平均等效应力强度因子作为疲劳评价的参量。通过对DP600GI材料的合格焊点、焊核过小焊点和烧穿焊点的接头进行疲劳试验,比较不同缺陷对焊接疲劳寿命的影响,得到一条修正平均等效应力强度因子与疲劳寿命的拟合曲线作为含初始缺陷的焊点疲劳寿命预测曲线,研究结果表明,该曲线能有效预测含初始缺陷的点焊接头的疲劳寿命。该方法有助于合理设计电阻点焊的缺陷容限。

平均应力修正系数的研究

比较了各种规范对船舶结构疲劳损伤问题中平均应力影响的处理方式。在考虑军船载荷的特殊性的基础上,考察平均应力对疲劳损伤的影响。以Goodman假设为基础,对船舶结构的静水应力和波浪应力进行一定的假设处理,计算出平均应力修正系数,对计算结果进行比较和拟合,得出平均应力修正系数的计算公式。

平均应力对50钢超高周疲劳性能的影响

为了进一步拓宽超声疲劳试验的研究范围，对50钢进行了含有平均应力的三点弯曲和非对称拉压疲劳性能试验，得到相应的疲劳，S-N曲线，研究了平均应力对其超高周疲劳性能的影响。结果表明：超声频率加载下平均应力对50钢疲劳性能有显著影响，在应力幅相同的情况下，随着平均应力的增大，疲劳寿命降低；常规疲劳用于描述平均应力影响的Morrow关系仍能描述超声频率加载下高周疲劳（〈10^7周次）范围内拉伸平均应力对50钢疲劳性能的影响，但是不能用来描述超高周范围内拉伸平均应力和弯曲平均应力对疲劳性能的影响；常规疲劳用于描述平均应力影响的Goodman模型仍能很好地描述超声频率加载下一定寿命的应力幅值和平均应力的配合。

基于非纤维方向应力疲劳模型的复合材料层合板振动寿命预测

复合材料结构在服役过程中会受到外部载荷激励影响而产生随机振动,由于铺层角度的多样性使其寿命预测方法尚不明确。为确保复合材料结构安全服役,需探明复合材料不同铺层角度的振动疲劳寿命预测方法。本文提出一种基于非纤维方向S-N曲线的预测方式,考虑了复合材料的各向异性和多轴应力状态,以Tsai-Wu准则为基础,结合频域法对[0/90]s铺层的复合材料层合板进行了振动疲劳寿命预测。结果表明,非纤维方向S-N曲线能够较为准确地预测复合材料层合板的寿命,且Zhao-Baker概率密度函数模型的准确性最高。

非对称载荷下的应力疲劳寿命模型

航空飞行器关键结构件在服役过程中会经受典型的非对称载荷,因此其疲劳行为会不可避免地受到平均应力效应的强烈影响。修正Walker模型通过对不同应力比下的试验数据进行多元非线性拟合,可同时考虑材料和峰值应力对平均应力效应的影响。采用12种航空材料在多种载荷状态下的18组试验数据对修正Walker模型的疲劳寿命预估精度进行验证,并与其他常用平均应力模型的结果对比。研究显示:尽管峰值应力对平均应力效应的影响因材料而异,修正Walker模型对各组试验疲劳寿命的预估精度均不同程度地优于其他对比模型,精度更高,稳定性更好。

具有箍筋的部分预应力混凝土约束箱梁抗剪强度的试验研究

在完成12片部分预应力混凝土约束箱梁试验的基础上,本文详细讨论了弯矩比、剪跨比及预应力值对约束箱梁抗剪强度的影响,并提出了修正剪跨比m’和平均预应力度λ的概念。本文还采用回归分析的方法得出计算抗剪强度的经验公式。用该式计算所得结果与102个国内外试验数据相比较,吻合较好。该式可供设计研究参考。

基于RANS/LES混合方法的三维L型弯管流场特性数值模拟

L型弯管是船用典型部件,可实现流体质量输运和热量交换等功能。由于弯曲段曲率的影响,其内部流动十分复杂。传统的雷诺平均方法(RANS)无法模拟弯曲段的复杂流动,而大涡模拟方法(LES)则计算量太大。为此,采用RANS/LES混合方法对经典L型弯管进行数值模拟研究,该方法在近壁面区域采用RANS方法,在湍流核心区采用LES方法,不仅可保持模拟精度,而且网格需求量较低更适用于工程应用。针对商软中的2类RANS/LES方法——脱体涡方法(IDDES)及应力混合涡模拟(SBES)方法,比较分析其在L型弯管内部流场仿真方面的优劣,并同时考虑流向曲率修正的影响。结果表明:SBES方法对弯管内二次流(迪恩涡)的预测能力优于IDDES方法,且曲率修正模型可进一步改善SBES方法的仿真结果。

修正平均应力法预测轮盘破裂转速的试验研究

基于修正平均应力法,分析了TC17钛合金压气机轮盘型面尺寸参数对径向和周向破裂转速的影响,并对破裂模式的转变进行预判。进而设计了针对径向破裂模式的轮盘试验件,并开展了TC17钛合金压气机轮盘的破裂试验。轮盘破裂试验结果与修正平均应力法计算结果吻合较好,计算的破裂转速储备与试验结果的误差由修正前的7.24%下降为修正后的0.72%,可为工程应用提供依据。

变速箱换挡拨叉疲劳寿命分析

拨叉作为汽车变速箱换挡关键的零件之一,其寿命直接影响变速箱的性能。以某手动变速箱换挡拨叉为研究对象,利用有限元软件分析拨叉的疲劳应力,采用动力学仿真软件获取拨叉的载荷谱。提出一种基于GL规范拟合材料S-N曲线与Goodman平均应力修正相结合的方法进行拨叉的疲劳寿命分析。疲劳试验机的试验结果表明,二者破坏的位置与疲劳寿命基本一致,证明了所提出方法的可靠性和实用性,为后续此类拨叉结构设计与优化提供了依据,具有普遍适用性。

S型焊接金属波纹管疲劳寿命的有限元分析

应用ANSYS Workbench(AWE)软件的Fatigue Tool工具箱和S-N曲线,分别用Goodman直线模型、Gerber抛物线模型、Soderberg直线模型和S-N直线模型的平均应力修正法,对S型波纹管进行疲劳寿命分析,得到波纹管在各种工况下的疲劳寿命,从而进行波纹管的优化设计。主要介绍了波纹管寿命分析的一般思路及其力学原理。经试验验证:有限元法能够很好地模拟金属波纹管的疲劳寿命,精度也大大高于经验公式,同时也为波纹管寿命分析开辟了新的研究途径。

地震波条件下海底管线抗震设计方法研究

目前工程设计中使用的海底管线抗震设计方法给出的地震应力值偏大,计算结果与管线结构参数和埋设深度等几乎没有关系。理论分析及海底管线的实际埋设环境证明,在一般海底管线工程的设计地震条件下,约束海底管线的土壤很容易进入塑性滑移状态,已超出现用抗震设计方法的前提条件,即管土之间的约束为弹性约束。对于约束土壤进入塑性滑移状态,给出了新的地震应力计算方法———极限地震应力计算法,并根据决定极限应力大小的单位长度管线极限约束力的计算方式,把极限地震应力计算法分为单位长度摩擦力法、修正法和加权平均法。两个实际工程算例的比较分析结果说明,极限地震应力法能准确地反映海底管线的实际地震应力状况,解决现用抗震设计方法中存在的问题。

局部应变法预测飞机结构带孔部件疲劳寿命

介绍了应用Levenberg-M arquardt迭代法计算局部应力和局部应变的工作。Levenberg-M arquardt迭代法是求解超越方程的一种常用数学方法,但是缺点是程序比较复杂,计算效率较低,因此本文目的是找到一种程序实现简单、计算效率高、计算精度满足要求的计算方法,选择了二分法,并且对比分析了二分法和Levenberg-M arquardt迭代法求解局部应变与应变寿命方程的效率和精度,从而得出应用二分法来进行求解是简单并且可以被工程应用的;最后结合某飞机结构一种带孔部件的实例,应用局部应力应变法给出了该部位的寿命预测值,通过和试验寿命值的对比,得出了考虑平均应力修正的应变寿命方程才更符合工程要求。

国内外规范中S-N曲线对比分析

各国船级社规范中通常采用S-N曲线法对船舶和海洋结构物的疲劳寿命进行计算,不同S-N曲线计算得出的疲劳寿命也有所差异。通过对比国内外船级社和焊接协会的S-N曲线,系统分析了S-N曲线的表达形式、参数、存活率、板厚修正方法及平均应力修正方法等方面的内容,对比了相同焊接型式在S-N曲线选择和疲劳寿命计算上的差异,可以看出不同规范计算所得的疲劳寿命差异较大。通过对相关规范中S-N曲线的共性规律和差异性的对比分析,以期为船舶结构疲劳强度计算提供参考依据。

涡轮转子叶片低循环疲劳/蠕变寿命的预测

根据某型涡喷发动机计算状态叶片流场计算结果,对该发动机高压涡轮转子叶片进行了热分析;并根据某典型飞行科目的三循环载荷谱,对该科目进行了载荷等效转换以及弹塑性应力分析,得到了该科目的低循环疲劳寿命和蠕变寿命;还考虑了平均应力的影响,给出了不同平均应力修正方法下该科目的总损伤。

一种估算谱载疲劳裂纹起始寿命的方法

提出了一种估算谱载疲劳裂纹起始寿命的等效载荷法,该法在变幅载荷的均方根算式中引入加权因子和修正系数来分别反映不同载荷变程和平均应力对变幅疲劳寿命的影响,并用相应获得的等幅载荷取代变幅载荷来估算谱载下的疲劳裂纹起始寿命.该法仅依赖于材料的等幅S-N曲线和单轴力学性能,不含任何待定参数,使用方便;两种材料3种谱载下15组变幅疲劳试验数据的评估结果显示,该法的平均寿命预测精度分别较同类型的Miner法则、修正Miner法则、均方根法提高了99.1％,24.6％和50.0％.

不锈钢车体点焊接头疲劳特性分析

为获取不锈钢车体点焊结构的疲劳特性,提出了一种用于点焊疲劳寿命评估的S-N曲线和P-S-N曲线.首先,对点焊试件进行拉剪疲劳试验,得到点焊试件的疲劳寿命.然后,建立点焊试件体单元和壳单元有限元模型,并将仿真结果与准静态试验结果对比,验证了壳单元有限元模型的准确性.之后,基于Rupp法得到点焊试件的等效结构应力,并根据等效结构应力和试验寿命得到点焊试件在不同应力比下的S-N曲线.为了消除应力比对S-N曲线的影响,基于Goodman修正法将非对称循环下的结构应力当量为对称循环下的结构应力,得到了点焊试件的基本S-N曲线.最后,根据三种方法绘制出了点焊的P-S-N曲线,对比得到基于破坏率的方法一和基于等效寿命的方法三能够较为准确地预测点焊的真实寿命,为点焊结构的设计及寿命预测提供一定的参考.

基于雨流计数法的高低频复合疲劳试验研究

船体固有频率与遭遇波浪频率及其倍频接近时,波浪载荷极易引起船体结构产生持续的波激振动现象,对大型船舶结构疲劳损伤的影响达到40%以上。因此,有必要针对波激振动引起的非线性垂向弯矩载荷特点,开展高低频复合工况下典型切口试件疲劳试验及累计损伤分析研究。基于非线性随机载荷的分析方法,采用闭合雨流计数法提取叠加应力历程中的多级循环载荷,并结合平均应力修正方法和疲劳极限以下SN曲线局部修正法,对叠加应力历程中小载荷的损伤效应展开研究。分析结果表明,高低频载荷叠加产生的附加损伤效应对疲劳寿命的影响显著,在恒定应力比下随平均应力的变化近似成二次函数关系。考虑到高频小载荷的叠加应力历程疲劳寿命明显降低,可以通过修正累计损伤临界值或引入应力放大因子,近似地利用线性累积损伤理论预测实际叠加应力历程的寿命范围。

气动环境下结构噪声载荷谱编制方法

目前针对既受气动静压力又受声载荷的结构,试验考核时大部分是静强度与声疲劳寿命分开考核,但是气动静压产生的拉伸平均应力会影响结构的声疲劳寿命,本研究提供一种气动环境下结构噪声载荷谱编制方法,将气动静压对结构寿命的影响等效到声载荷中,便于在实验室中进行疲劳寿命验证。通过有限元研究了气动静压对结构振动特性和响应特性的影响,计算得到了不同压力情况下结构的振动特性,并且得到了气动静压与声载荷联合作用下结构的响应,根据相应材料的随机S-N曲线计算得到不同静压下结构的声疲劳寿命,得出了气动静压达到一定值会严重影响结构声疲劳寿命的结论。随后利用修正Goodman公式将平均应力非零状态的动应力转化为零平均应力时的动应力,然后根据损伤等效关系将气动静压对结构寿命的影响等效到声载荷中。研究给出了气动环境下结构噪声载荷谱编制方法。

弹性模量对坝体混凝土防渗墙应力变形影响分析

虽然Goodman单元广泛运用于接触面的模拟,但是其法向连杆刚度构造特征使其存在着接触面两侧单元相互嵌入和法向应力计算偏差两大缺陷。通过对Goodman接触面单元在受压时法向应力偏差和接触面相互嵌入这两个缺陷进行分析和修正,提出了改进Goodman单元接触面的方法:单元厚度为s,当受压法向位移小于s时采用弹簧连接,大于s时采用刚性连杆连接。利用改进Goodman单元来模拟接触面,对采用低弹模混凝土防渗墙的某土石坝进行了数值计算分析,同时分析了弹性模量对坝体混凝土防渗墙应力变形的影响。

轮盘径向破裂转速计算方法分析及修正

分析了轮盘径向破裂转速理论计算方法及常用平均径向应力计算方法的含义及其特点.且依据理论计算方法的含义,提出了基于有限元计算结果的轮盘径向破裂转速计算修正方法.通过实例应用,证明了相对于理论方法计算结果,修正方法较常用平均径向应力方法计算精度更高,其计算精度由6.6%提高到0.5%以内,且修正方法较理论方法使用更方便、工程适用性更强.