考虑材料分散性后Miner理论在多轴两级阶梯谱下的适用性研究

将材料疲劳寿命的对数正态分布参数引入Miner疲劳损伤累积理论,推导出两级阶梯谱下的疲劳损伤概率密度函数;进而给出累积损伤分散带。使用航空工业常用的LY12CZ铝合金,进行一系列多轴两级阶梯谱试验。依据补充的和文献已有的试验,使用本文方法计算考虑材料分散性后不同阶梯谱下的损伤分散带。通过对比损伤分散带和Miner理论计算值,考察不同类型多轴阶梯谱下Miner理论的适用性。分析结果表明,对于恒路径变幅谱和变路径常幅谱,由于前后级载荷的幅值较为接近,Miner理论的适用性与载荷非比例度的变化情况有关,载荷非比例度变化越大,Miner理论的适用性越好;对于变路径变幅谱,由于幅值差别较大,载荷变化对损伤累积的影响大于材料分散性带来的不确定性,Miner理论不适用。

考虑载荷加载顺序的模糊Miner理论研究

针对传统Miner理论无法考虑载荷加载顺序的缺陷,应用模糊数学方法分析了不同载荷顺序下疲劳极限附近的应力对构件造成疲劳损伤的模糊性,使修正后的模糊Miner理论能够较好地反映出载荷加载顺序对疲劳寿命的影响。算例分析的结果表明,该方法使疲劳寿命的预测误差由原来的63%减小到14.7%,说明这一方法具有较好的预测精度和工程实用价值。

Miner理论的统计特性分析

分析了 Miner瞬时累积损伤 Di 分散性的来源 ,提出了一个解决原始 Miner累积损伤理论的两个主要缺陷的方法。理论分析和 Monte- Carlo数值模拟结果表明 :Miner瞬时累积损伤

实用概率Miner理论及在汽车部件疲劳计算上的应用

研究了原始Miner理论,在不考虑同级载荷自身离散的前提下,将原始Miner理论中的疲劳寿命和损伤度明确为破坏概率的函数,不仅修正了原始Miner理论的判据和结论,而且能更好地解决工程上部件受载荷谱作用时对应任意破坏概率下的寿命和部件受载荷谱作用任意次(块)时部件的破坏概率这两类最常见的问题。举例阐述了实用概率Miner理论在汽车部件疲劳计算上的应用。

基于T-N曲线和Miner理论的绷紧式深海系泊缆疲劳损伤研究

采用基于T-N曲线和Miner线性累积损伤准则的疲劳累积损伤法对绷紧式系泊系统中聚酯纤维缆的疲劳损伤进行研究。简单阐述了系泊系统疲劳分析的相关理论,并给出了疲劳损伤的具体计算步骤。借助于Ansys/Aqwa以及Matlab软件,以'海洋石油981'为半潜式平台模型,计算了1 500 m水深的绷紧式系泊系统中聚酯纤维缆顶端的疲劳损伤。研究结果表明:低频海况以及高幅值海况对系缆的损伤较大。

主余震序列作用下风力发电塔架结构的地震损伤研究

主震对于风电结构造成既定损伤后,余震的发生又会对结构造成“二次伤害”,进而使得只采用传统抗震设计方法的风电结构偏于不安全。为量化分析余震对于风电塔架结构的附加损伤,该文首先从美国太平洋地震中心选取了25条原始主余震序列,并基于重复法、随机法和衰减法来人工构造75条主余震地震动序列作为输入;其次,在建立风电塔架结构的有限元模型的基础上,提出了基于钢材疲劳累积损伤理论的余震附加损伤系数来定量描述余震引起的附加损伤,并对比分析了以上三种人工构造主余震的方法对于余震附加损伤的影响;最后,结合增量动力分析,探讨了主余震的峰值加速度及主余震峰值加速度的比值对于余震引起的附加损伤及风电塔架结构的动力响应的影响。研究结果表明:相较主震序列,余震序列的位移敏感区的分布区间更广,而加速度敏感区的分布区间更窄;采用衰减法来人工构造主余震序列最接近天然主余震序列的工况;余震附加损伤系数的变化规律依赖于主余震的峰值加速度比和具体风电塔架结构的主要能量耗散形式,其在非倒塔状态下的非主要能量耗散部分的变化不大,而在倒塔状态下的主要能量耗散部分则有激增现象。

基于改进Miner累积损伤理论的输电线路疲劳损伤评估方法

输电线路振动会导致线路的疲劳损伤,从而影响到该输电线路的使用寿命。本文在线性累积损伤理论定量估算输电线路疲劳损伤的基础上,提出了修正S-N曲线的改进损伤估算方法,其主要步骤包括:选定需要评估的输电线路、然后结合该线路改进后的疲劳性能S-N曲线以及OPGW振动事件数据反馈,采用Miner累积损伤理论来评估输电线路疲劳损伤与风险。最后将计算结果与运行数据进行对比,从而科学的评估输电线路的使用寿命,为运维人员提供决策依据。计算结果表明,使用该方法对线路疲劳损伤进行评估,结果更贴近真实情况。

风力发电机组高强度螺栓的疲劳预测

风力发电机组法兰盘和叶根轮毂处通过高强度螺栓进行连接,大多数风力发电机塔筒发生倒塌就是连接螺栓疲劳所导致的。为了减少此类塔筒倒塌事故的发生,提出了一种新的螺栓疲劳损伤分析和预测方法。针对2.0 MW风力发电机组的高强度连接螺栓,采用超声探头和温度传感器采集螺栓数据,获得螺栓随机应力谱;然后基于雨流计数法和Goodman公式修正应力谱,提取应力循环数据;最后基于螺栓材料S-N曲线和Miner线性累计损伤理论,构建螺栓疲劳预测模型。实验结果表明,所估算的螺栓疲劳损伤远小于螺栓疲劳极限,满足风力发电机组的设计寿命要求。

基于POT极值理论的风力发电机组载荷测试分析与应用

针对传统风力发电机组叶片的载荷测试以及寿命预测分析的效率问题,设计了一种新型风力发电机组叶片载荷测试系统,利用POT极值理论结合GPD分布和威布尔分布对载荷谱进行外推,为疲劳检测提供可靠的极值载荷信息,并选用Miner线性累积损伤理论对构件进行寿命预测。最后利用FAMOS软件与传统测试方法进行对比,不但保证了测试的准确性,更使载荷分析与寿命预测的效率得到了提高。

撕碎机刀片的疲劳寿命分析

针对撕碎机刀片工作过程中疲劳寿命计算问题,利用Workbench建立撕碎机刀片物理模型,通过仿真得出的撕碎机刀片应力应变云图,发现了撕碎机刀刃处的应力集中区域。而后,采用Goodman理论修正平均应力,并对撕碎机刀片施加随机载荷,得到撕碎机刀片的疲劳敏感性图。依据高周疲劳的寿命分析方法,建立三参数P-S-N模型,通过查表确定该曲线的参数,得到不同存活率P下的S-N曲线。并利用得到的P-S-N曲线,建立基于Miner理论的疲劳累积损伤模型,根据有限元仿真得到的安全应力变化幅度,设计满足寿命要求的载荷谱模拟撕碎机刀片在实际工况下的疲劳损伤。通过数值求解,得出撕碎机刀片最大使用寿命为2.4618年,从而验证了所述研究方法在撕碎机刀片疲劳寿命分析上的有效性。

结构元件疲劳可靠性估算的剩余寿命模型

从安全余量的定义出发 ,提出了一个估算结构元件疲劳可靠性的剩余寿命模型。基于常幅载荷下 ,疲劳寿命可用对数正态函数分布描述 ,本文分析了常幅和变幅载荷作用下材料的疲劳剩余寿命的分布形式 ,认为可用带位置参数的对数正态函数近似描述。在此基础上 ,系统阐述了元件在常幅和多级载荷下的疲劳可靠性分析方法。 3个算例表明 :预测结果与试验结果符合很好 ,本文给出的剩余寿命模型是合理的。

基于实际载荷谱的汽车半轴疲劳寿命预测

汽车半轴是汽车传动系统的重要零部件之一。准确预测汽车半轴疲劳寿命是汽车半轴疲劳分析的重要环节。利用垫江汽车试验场采集的实测载荷谱,提取汽车左半轴强化耐久工况、动力工况和高速工况的一个循环作为样本载荷。经过预处理后,利用四点雨流计数法得到载荷雨流循环矩阵,并将样本载荷外推到整个试验场疲劳耐久试验所要求的全寿命载荷。利用疲劳应力集中系数、疲劳尺寸系数以及表面敏感系数对材料S-N曲线进行修正得到可用于寿命预测的构件S-N曲线;最后,以Miner线性损伤累积理论为基础,结合疲劳分析软件预测了汽车半轴疲劳寿命。

两种典型地铁受电弓关键部位疲劳失效评价与研究

地铁受电弓在服役条件下承受着复杂的交变应力作用,容易产生疲劳失效,因此有必要对受电弓部件进行疲劳寿命评价。文章通过对两种典型受电弓进行动态应力测试,得到ATO工况下应力时程曲线,实测结果发现当接触网导线高度突变时,某些测点的应力会出现相应的突变,然后回归小幅振荡。文章首先采用雨流计数法对应力时程数据进行循环计数统计,然后用Goodman模型考虑载荷谱中平均应力的影响,并结合材料的外推P-S-N曲线及Miner法则对受电弓部件进行寿命预测。结果显示,A型受电弓的上下臂杆连接部位以及B型受电弓的上框架部位疲劳寿命相对较短,应考虑构件结构改进以提高寿命。

基于动应力试验的转向架构架疲劳寿命预测

对某地铁车辆转向架的构架进行了在线动应力试验,通过试验得到了实测的应力—时间历程,根据疲劳危险点的选取原则选出几个疲劳危险测点对其进行评估,然后运用雨流法对疲劳危险测点的应力—时间历程进行循环计数后编制出二维应力谱,最后结合存活率为95%的16Mn钢试样疲劳P-S-N曲线,应用Miner线性疲劳累积损伤理论对该地铁转向架构架进行了疲劳寿命的预测。

金属材料疲劳设计及裂纹扩展规律研究与应用

以裂纹的扩展速率为结构损伤判据,分析了几种疲劳裂纹扩展速率计算公式及各自的适用范围;应用Paris公式及Miner线性累积损伤理论对石油管汇中三通管件的疲劳寿命进行了分析。结果表明,以裂纹的扩展速率为判据来估算构件的疲劳寿命是可行的。

考虑附加强化效应及平均应变的多轴疲劳寿命预估

考虑多轴加载条件下裂纹萌生和扩展的物理意义,将Miner理论与临界面法相结合提出了一种多轴等效线性疲劳寿命预估模型;将循环屈服应力与静态屈服应力的比值用来反映材料的循环强化能力,并定义了附加强化因子,考虑相位差及载荷条件对非比例附加强化效应的影响,对非对称加载下的平均应变进行了修正;利用等效应变预估模型、最大剪切应变幅模型及所提模型对5种材料的光滑及缺口试样多轴疲劳寿命进行了预估,并将预估结果与试验结果进行了对比分析,结果表明:比例加载时,3种模型都能获得较好的效果;非比例加载时,所提模型的预估效果要优于其他两种模型的预估效果。同时也验证了所提出的附加强化因子能够反映相位差及材料特性对附加强化效应的影响。

内燃机车传动轴焊缝非裂纹缺陷处疲劳强度的校核——塞焊圆孔周边疲劳强度问题

利用ANSYS对内燃机车传动轴空心轴焊缝的等效分析得出了塞焊圆孔周边最薄弱的环节。借助于Miner理论得到传动轴变幅载荷谱下的寿命预测。通过雨流计数法,将传动轴的扭矩载荷时间历程编制成传动轴载荷谱,再将应力谱按损伤相等的原则等效为恒幅应力,并采用该等效应力幅利用名义应力法对其在各条件下进行疲劳强度的校核。

一种旋转设备疲劳寿命预测的新方法

疲劳损伤累积模型是预测机械零部件疲劳寿命的基础。针对大多数损伤累积模型忽略了多级载荷历史效应及载荷次序效应对损伤累积的影响,提出了一种基于S-N曲线及Miner理论的非线性疲劳损伤累积模型。该模型考虑了载荷历史效应与载荷次序效应对机械零部件疲劳寿命的影响,克服了线性疲劳损伤累积模型的不足。将该模型与线性疲劳损伤累积模型预测结果进行对比,表明该模型对机械零部件疲劳寿命预测结果更加精确和可靠。

服从威布尔分布的随机载荷等效力特性

利用Miner理论,推导了随机载荷下等效当量载荷的计算公式,分析了分布参数对载荷比例系数和载荷波动程度的影响.对服从正态分布和威布尔分布的随机载荷,在取相同均值载荷与材料系数条件下对它们的等效力进行了比较.

铸造起重机主梁腹板裂纹分析与疲劳寿命研究

针对某炼钢厂连铸车间铸造起重机主梁主腹板和横隔板的焊接部位出现的开裂现象,对主梁上盖板、腹板与隔板连接的主焊缝进行超声波无损探伤检测裂纹形态与分布情况,根据起重机实际工作条件和出现裂纹部位的受力状况,结合对危险部位的应力水平以动态应力的现场测试分析结构的力学性能和裂纹产生的原因,分析表明腹板产生裂纹部位抗疲劳强度不足。依据铸造起重机在一个工作循环下的应力信号,应用名义应立法结合Miner线性损伤累计理论计算铸测点部位的疲劳寿命,通过对危险部位疲劳寿命相对准确的估算,为设备的日常维护提供参考。