Effect of Loading Frequency on the High Cycle Fatigue Strength of Flax Fiber Reinforced Polymer Matrix Composites

Among natural fibers,flax fiber reinforced polymer matrix composites show excellent dynamic/fatigue properties due to its excellent damping properties.Knowledge about fatigue limit and effect of loading frequency on fatigue limit is very crucial to know before being used a member as a structural component.Fatigue limit of fiber reinforced composite is measured through high cycle fatigue strength(HCFS).The effect of loading frequency on the HCFS of flax fiber reinforced polymer matrix composites was investigated using stabilized specimen surface temperature based thermographic and dissipated energy per cycle-based approaches.Specimens of unidirectional flax fiber reinforced thermoset composites were tested under cyclic loading at different percentages of applied stresses for the loading frequencies of 5,7,10,and 15 Hz in order to determine the stabilized surface temperature of the specimen and dissipated energy per fatigue cycle.Both approaches predicted similar fatigue limits(HCFS)which showed a good agreement with experimental results from Literature.HCFS of flax fiber reinforced composites decrease little with increasing loading frequency.Furthermore,effect of loading frequency on stabilized specimen temperature and dissipated energy per fatigue cycle was also investigated.Although specimen surface temperature increases with loading frequency,dissipated energy per-cycle does not change with loading frequency.Thermal degradation at higher loading frequencies may play a significant role in decreasing HCFS with increasing loading frequency.

随机载荷循环作用下的机械结构疲劳寿命预测模型

基于名义应力法建立了随机载荷循环作用下的结构疲劳寿命预测模型。分析了结构所受循环载荷作用的不确定性特征,在以循环载荷作用次数为寿命度量指标框架下,运用概率加权法和线性Miner累积损伤法则,分别建立了疲劳寿命与应力之间关系分别服从指数函数和幂函数两种形式时,随机载荷循环作用下的结构疲劳寿命预测模型,并运用所建立的模型对某转动轴的疲劳寿命进行了预测研究。

风电装备传动系统及零部件疲劳可靠性评估方法

载荷是导致失效直接原因,是影响产品可靠性的重要因素,风电装备在服役过程中经历的载荷-时间历程及其不确定性有明显的特点。由于服役方式的特殊性,一个风力发电厂中安装在不同位置的发电装备的服役载荷历程会有明显的差别。从风力发电机服役地域位置和时间两个方面描述风力发电机载荷历程的概率特性,并以此为基础,基于全概率计算原理研究风力发电机传动系统及其零部件疲劳可靠性分析与建模方法。内容包括复杂载荷历程不确定性表征方法、随机变幅载荷历程下疲劳累积损伤与等效循环应力计算方法、根据应力分布和条件寿命分布计算疲劳可靠度的方法,以及根据多级小样本疲劳寿命试验确定不同循环应力水平下疲劳寿命分布参数的方法。

载荷共享并联系统疲劳累积损伤可靠性模型

针对存在载荷传递、分担的并联系统,传统的并联系统可靠性模型已不适用.为了有效处理载荷共享并联系统的可靠性问题,首先分析了并联系统的相关失效,并分步计算并联系统可靠度,应用全概率公式和Miner理论对并联系统进行了疲劳累积损伤可靠性建模.其次,运用Monte Carlo方法对零件寿命服从Weibull分布的并联系统可靠度进行了模拟计算,同时对零件寿命服从对数正态分布的并联系统可靠度显式计算公式进行了推导.建立了变应力作用下并联系统疲劳累积损伤可靠性模型.

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.

拉-拉变幅载荷下45钢缺口件疲劳寿命分布的预测及其验证

根据预测模型 ,采用旋转弯曲得到的带存活率的疲劳寿命表达式和Miner法则 ,对给定多级拉 拉变幅载荷谱下的正火 4 5钢缺口件变幅载荷下疲劳寿命下疲劳寿命和累积疲劳损伤临界值的分布进行预测 ,并通过拉 拉变幅载荷疲劳试验进行了验证。结果表明 :4 5钢缺口件在多级拉 拉变幅载荷下的疲劳寿命和累积疲劳损伤临界值的预测值与试验值均近似服从对数正态分布 ,且两者符合很好。因此 ,此预测模型可应用于恒、变幅疲劳加载方式不同的疲劳试验结果预测。

矿用高强度圆环链损伤机理及寿命预测

为解决在传统设计中采用物理样机计算圆环链疲劳寿命时耗资巨大的问题.利用有限元和相对类似损伤理论的方法对矿用高强度圆环链进行寿命预测.得到了圆环链的等效交变应力、寿命云图和基于相对类似损伤理论的寿命预测数学模型.结果表明:通过有限元法计算圆环链的疲劳寿命具有一定可行性;相对类似损伤理论对于圆环链的寿命预测具有很好的适用性;并且这两种寿命预测方法可以降低制造物理样机和进行耐久性试验所带来的巨额研发费用.

宽带随机载荷下的疲劳寿命统一模型

针对宽带随机载荷下的疲劳寿命预测精度不足的问题,提出以变参数Weibull模型描述载荷峰值概率密度,而非以修正概率密度的误差函数的方式对疲劳寿命进行预测。首先,给出了一般宽带载荷峰值理论概率密度,用变参数Weibull模型实现了概率密度由窄带Rayleigh分布向宽带Gauss分布转变,并讨论了模型参数的范围;然后,根据变参数Weibull模型得到了疲劳寿命预测模型的解析表达;最后,通过实例计算了双峰宽带和连续宽带随机载荷下的疲劳寿命,并与其他疲劳寿命预测模型进行了精度比较。分析表明,所提出的疲劳寿命预测模型精度理论误差为9.68%,试验误差为12.5%,完全满足工程需要,本方法与Dirlik方法相比应用更方便。

一类考虑载荷相互作用效应的Manson-Halford改进模型

在变幅载荷作用下,加载顺序以及不同载荷水平之间的相互作用对结构疲劳寿命有显著影响。MansonHalford非线性累积损伤模型较好地解释了加载顺序的影响,但未能考虑载荷间的相互作用效应。在MansonHalford模型及其既有改进模型基础上,引入前后两级载荷应力比的高次方项以体现载荷相互作用效应对结构损伤演化以及疲劳寿命预测的非线性影响。进一步构建了此类改进模型的统一的幂形式表达式,当幂指数取不同值时可得到原模型及各改进模型。根据3种常用材料的疲劳试验数据,对不同模型的疲劳寿命预测有效性和可行性进行对比分析,最后给出前后两级载荷应力比的e次方的建议。对比结果显示:与既有模型相比,本文所建议模型能够更好地体现载荷相互作用效应,有效地提高变幅载荷作用下疲劳寿命预测的精度。

线性疲劳累积损伤准则适用性评估

本文将线性疲劳累积损伤理论分为3类:(1)等损伤线性疲劳累积损伤理论;(2)变损伤线性疲劳累积理论;(3)等损伤线性分阶段疲劳累积损伤理论.对每类理论分别从理论基础、材料常数、引入的参量及工程应用等方面进行分析,归纳出典型模型,并利用金属材料的两级谱、多级谱和随机谱试验数据进行了评估.最后,从理论基础和数据评估两方面进行综合评述,得出了不同类型的模型的适用范围和计算效果,对工程实践具有参考价值.

基于载荷相互作用效应的Corten-Dolan改进模型

针对变幅载荷作用下载荷间的相互作用效应对结构疲劳寿命影响显著的特点,在考虑小载荷、损伤程度和应力状态的基础上引入相邻两级应力比的幂函数对关键参数d进行修正,以表征载荷间相互作用效应的非线性影响,从而建立了改进的Corten-Dolan累积损伤模型。同时,引入参数k建立了此类改进模型的统一表达式。基于三种常用材料的试验数据,应用全数据和部分数据建模方案对本文改进模型有效性及预测能力进行了验证。与既有模型相比,改进模型对已知数据的预测精度以及对未知数据的预测能力均较高,该模型能更好地表征加载次序以及载荷幅值变化等载荷相互作用效应对疲劳寿命的影响,为实际工程中结构的疲劳寿命预测提供了有效的预测技术。

一种处理载荷累积频次分布的方法

针对载荷累积频次分布 ,提出了一种确定某个应力水平下累积频次的方法 ,与其它已有方法进行误差对比分析 ,可看出本方法能大大提高精度。在疲劳试验中 ,可应用于形成载荷程序块 。

挖掘机工作装置实验样本长度确定方法及程序系统

本文通过对某液压挖掘机工作装置实验样本长度的研究,详细讨论了样本长度的确定方法,重点分析了趋势曲线拟合法,提出了样本长度精度区间分析的方法,并在处理大量实验数据的基础上,从载荷分布及寿命估算的角度做了实际的验证.编制了应用程序,使样本长度确定至寿命估算整个过程程序化.

考虑加载频率的超高周疲劳寿命预测

超高周疲劳试验可以通过传统的电磁振动(30-3000 Hz)、超声振动(20 kHz)等测试方法实现.对于同一材料,采用不同加载频率的测试方法得到的疲劳寿命可能存在差异.为了充分利用不同测试系统得到的超高周疲劳寿命数据,关于考虑加载频率的超高周疲劳寿命预测方法亟待研究.本文结合基于Tanaka的位错理论的裂纹萌生寿命预测模型以及Paris裂纹扩展的寿命预测模型,引入频率对有效应力及疲劳强度的影响,得到超高周疲劳寿命预测模型.利用本文提出的模型,针对钛合金TC17和镍基高温合金GH4169在不同加载频率下的超高周疲劳试验数据进行寿命预测验证,结果显示本文模型能较好地表征不同加载频率下材料的超高周疲劳特性.本文模型建立了不同加载频率下的疲劳寿命数据的关联.

基于累积损伤的机场道面剩余寿命预测模型

通过统计分析道面轮迹和道面板荷载应力横向分布规律,得出了飞机起落架道面通行覆盖次数的计算方法。在道面板中部荷载应力回归公式的基础上,建立了道面板横向应力分布函数。选取NCHRP1-26方程作为疲劳方程,通过对A机场过去13年飞机起飞架次的历史数据进行分析,得出未来7年2种机型飞机的起飞架次,利用覆盖作用曲线与应力分布函数提出了机场道面累积损伤量的计算方法,并进行实例验证。分析结果表明:2年后机场道面的最大累积损伤趋近于1,即在不采取任何维修措施的情况下,A机场剩余使用寿命为2年,与实际运营状况相符。可见,建立的模型有效。

影响航空发动机结构寿命的载荷分散系数

国内外多个航空发动机设计通用规范和型号规范分析表明,关于航空发动机疲劳分散系数的规定和方法较为宽泛,缺乏严格的定义和分类,给工程应用带来一定的困扰。将航空发动机疲劳分散系数分为结构分散系数和载荷分散系数,并分别给出了定义。发动机结构的载荷分散系数计算方法被给出,并分别以某航空发动机主要载荷的起动次数和大状态工作时间为例,研究了载荷分散系数及其随工作时间的变化规律。基于数学仿真方法,研究了固定任务混频和变任务混频下的载荷分散系数随工作时间的变化规律。结果表明,该型发动机的载荷分散系数基本在1.0~2.0之间,且随着工作时间的累积呈现下降趋势,其下降速率与载荷性质有关。