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。

疲劳寿命估算的线性累积破坏率准则研究

介绍了一种新的疲劳寿命估算方法--线性累积破坏率准则,其物理意义明确,简单明了.在对恒幅载荷疲劳寿命统计分析的基础上,求出对应的疲劳寿命概率密度函数,从而利用线性累积破坏率准则可估算出变幅载荷下结构的疲劳寿命.线性累积破坏率准则没有限定试验条件和疲劳寿命分布形式,因此对一般环境下和腐蚀环境下的疲劳均具适用性.利用两组疲劳试验数据对该方法进行了验证,结果表明在中值寿命附近预测寿命与实测寿命非常接近,精度较高、有较好的工程应用价值.

混凝土海洋平台疲劳损伤累积Miner准则适用性研究

从损伤的观点出发 ,对应用于海工疲劳计算中的Palmgren -Miner线性累积损伤准则的适用情况作了理论分析 ,指出了Palmgren-Miner准则用于计算变幅疲劳寿命的缺陷所在 ,讨论了Palmgren-Miner的适用范围。

基于灰色系统模型GM(1,1)改进Miner准则的液压支架底座疲劳寿命预测

针对疲劳寿命预测中传统疲劳累积损伤准则(即Miner准则)存在误差较大的问题,为了提高固体充填液压支架疲劳寿命的预测精度和保证服役过程的安全可靠性,利用灰色系统模型GM(1,1)对传统Miner准则加以改进.以ZZC8800/20/38型六柱支撑式固体充填液压支架的底座为研究对象,基于ANSYS对危险工况下底座应力进行分析,同时结合疲劳试验对底座进行寿命预测.结果表明:相比传统Miner准则,改进Miner准则的预测精度提高了40.32%,为固体充填液压支架疲劳寿命预测提供了一种有效的方法,对其安全服役具有一定的参考意义.

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.

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 。

二维统计Miner准则及其应用

首先由等幅疲劳中值 Sa- Nc曲线与中值等寿命曲线 ,建立了等幅中值 Sa- Sm- Nc曲面方程。然后建立了变幅加载下疲劳可靠性二维统计准则。最后给出了一个具体应用实例 ,表明当随机变量α的概率分布已知时 ,可由二维统计

考虑车-桥耦合的重载铁路钢桥局部疲劳分析

研究目的:基于车-桥耦合振动理论,以64 m简支钢桁梁桥为实例,研究重载铁路钢桁梁桥局部疲劳可靠度问题。首先建立64 m简支钢桁梁桥的车-桥动力学模型,通过现场试验结果验证模型的准确性,并确定桥梁最不利疲劳部位;然后基于Monte Carlo方法,将车速和轨道不平顺作为随机变量,随机选取100个车速和轨道不平顺的组合样本;利用Miner线性疲劳累积准则和概率密度函数方法,得到钢桥最不利疲劳部位的等效应力范围和年疲劳损伤系数的概率分布,并给出桥梁局部疲劳损伤系数与列车编组的关系式;最后分析不同列车类型和行车速度条件对桥梁疲劳损伤的影响。研究结论:(1)在考虑参数随机概率分布的条件下,桥梁最不利疲劳部位的等效应力范围和年疲劳损伤系数均服从Lognormal分布;(2)当货运列车年运量一定时,列车轴重是桥梁局部损伤的主要影响因素,桥梁的疲劳损伤随轴重增加而增大;(3)在设计时速范围内,列车速度与桥梁疲劳损伤的相关性不强;(4)本研究成果可为重载铁路钢桁梁桥设计与疲劳性能评估提供参考。

直升机行星架疲劳裂纹扩展寿命预测

直升机行星齿轮保持架(简称行星架)是传动系统的重要部件,其可靠性对于直升机的飞行安全至关重要。行星架疲劳裂纹故障的发生、发展受多种因素影响,其故障诊断和寿命预测都有难度。为准确预测行星架疲劳裂纹寿命,研究了其裂纹故障发生、发展规律,提出了基于对数线性的方法,将裂纹扩展过程离散化处理,采用Paris公式,定量描述裂纹扩展速率,结合Miner准则,累积其疲劳损伤过程,最终得到随裂纹长度变化的行星架剩余使用寿命数值。利用有限元软件ANSYS Workbench的疲劳寿命模块对计算得到的数值结果进行了仿真对比,验证了方法的精确性和有效性。

混凝土三轴变幅拉-压疲劳性能试验研究

进行了最小应力水平为0.20fc,最大应力水平为0.20ft^0.55ft,定侧压为0.30fc的变截面混凝土试件三轴拉-压等幅和变幅疲劳试验,分析了混凝土三轴拉-压疲劳最大和最小纵向总应变的三阶段演变规律和级间相似性,给出了疲劳损伤演化规律。进一步验证了Miner线性损伤累积理论的不适用性,提出了非线性损伤累积模型,并进行了疲劳剩余寿命预测,通过与试验结果的比较表明该模型具有较高的精度和适用性。

液压挖掘机臂杆结构疲劳寿命预测方法研究

液压挖掘机臂杆结构承受复杂的冲击载荷,其疲劳寿命存在许多不确定性因素。首先采用Miner准则,依据实验载荷谱和有限元方法对液压挖掘机工作装置寿命进行了预测。其次研究了结构疲劳寿命变化过程和灰色理论预测模型内在规律的一致性,建立了液压挖掘机工作装置疲劳寿命的灰色预测GM模型,并分别运用GM模型的两种形式——GM(1,1)线性模型及GM(1,1)幂模型对液压挖掘机工作装置进行疲劳寿命预测。分析比较Miner准则、GM(1,1)线性模型及GM(1,1)幂模型三种预测方法。结果表明,三种预测方法结果基本一致,灰色系统模型同Miner准则模型相比误差明显减小且非线性幂模型具有更高的预测精度。基于灰色理论的GM(1,1)幂模型考虑了非线性因素,更适合于液压挖掘机工作装置结构疲劳寿命预测。

随机载荷作用下疲劳寿命分布预测模型

为了研究构件在随机载荷下的疲劳寿命分布,建立疲劳寿命分布预测模型.应用雨流计数法,将随机载荷-时间历程处理成以载荷幅值和均值为随机变量的二维联合概率密度函数,得到构件的二维疲劳载荷谱.从Miner累积损伤的定义出发,分析了累积损伤分散性的来源.以此为基础,通过建立等幅疲劳中值Sa-Sm-N曲面,提出了基于二维载荷谱的疲劳寿命分布预测模型,当累积损伤的概率分布已知时,可以估算出构件的疲劳寿命分布,进而得到零件在任一时刻的可靠度.最后,给出了一个具体应用实例.结果表明所提出的疲劳寿命分布预测方法具有较好的工程实用价值.

大跨多线公铁两用斜拉桥索锚结构疲劳荷载效应

为研究公铁两用斜拉桥索锚结构的疲劳荷载效应,分析多车道公路和多线铁路疲劳荷载谱,讨论疲劳荷载效应组合方法,借助有限元分析软件和MATLAB数据处理平台,确定大跨度公铁两用桥梁索锚结构的疲劳荷载效应,结合同类桥梁样本点参数,回归给出荷载效应值与主跨跨径的定量关系。研究结果表明:根据实际交通量确定的公路和铁路疲劳荷载效应,且可保守取两线客货共线铁路疲劳荷载效应的10%作为公路疲劳荷载效应;各类荷载效应可以选用Miner线性累积损伤等效和BS5400提及的线性叠加的方式进行组合,其中,线性叠加组合值最为保守,组合系数可结合疲劳车(汽车、客货共线列车、客运专线列车)单独作用得到的荷载效应比值确定;随着斜拉桥跨径的增大,拉索疲劳索力幅呈增大趋势,可综合线性方程P_1=2.385L+188.381、二次多项式方程P_2=0.001 1L^2+0.887L+602.456以及指数函数方程P_4=640.623e^(0.001 4L),为公铁两用(铁路)斜拉桥索锚结构初步预测疲劳荷载效应幅值范围,选择合理的公铁两用(铁路)斜拉桥索锚结构类型。

桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋疲劳寿命预测模型试验研究

进行了服役期间组合荷载下桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋随机变幅疲劳应力谱平均应力修正模型和累积损伤模型研究,以便为组合荷载下桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋疲劳寿命预测模型的建立提供支撑.通过对HRB500钢筋标准试件进行等幅疲劳试验,研究平均应力对HRB500钢筋疲劳寿命的影响规律,并在此基础上,研究工程上常用的疲劳应力谱平均应力修正模型对服役期间组合荷载下桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋的适用性;通过对HRB500钢筋标准试件进行三级变幅疲劳试验,分析Miner准则计算服役期间组合荷载下桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋累积损伤的适用性.研究结果表明,HRB500钢筋标准试件疲劳寿命随平均应力的增大而减小,工程上广泛采用的Goodman模型适用于随机变幅荷载下HRB500钢筋平均应力修正;Miner准则能较好地适用于服役期间组合荷载下桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋累积损伤计算.

LZ50钢在超高周疲劳条件下Coaxing效应的研究

利用超声疲劳试验设备对LZ50钢进行变幅疲劳性能的研究同时用扫描电子显微镜(SEM)观察分析了疲劳断口的形貌特征。试验采用荷载步线型累加的加载形式,选取最大荷载σhigh为390 MPa。结果表明:经过小荷载作用后的实验材料其疲劳性能有显著增强,表现出明显的Coaxing效应;引入强化因子对Palmgreen-Miner累积损伤准则进行修正,经修正后的Palmgreen-Miner累积损伤准则能较好地预测材料使用工况下的变幅寿命。

运用MSC.Fatigue进行塔式起重机疲劳寿命预测

基于Miner线性损伤理论和有限元分析,用名义应力法并结合一定可靠度和置信度,利用疲劳分析软件进行起重机的寿命计算。该算法结果精度高,且非常接近实际工况。为疲劳寿命估算提供了1种简单实用、可靠的方法,也对于确定维修周期、预防事故发生具有十分重要的意义。算例结果表明该方法是可行的。

基于PSD方法的点焊轨道客车车体随机振动疲劳寿命分析

首先利用SIMPACK动力学软件得到车体二系簧处的加速度功率谱(PSD),在ANSYS中对车体二系簧座进行激励加载,利用模态叠加法对车体进行随机振动分析,得到客车车体的1σ应力分布;而后利用高斯三区间法和Miner线性累积损伤定律,对车体结构的疲劳寿命进行分析。分析结果表明,在达到车辆五级修程前,车体底架枕梁和边梁连接处、侧墙窗角立柱与蒙皮连接处及车顶空调安装梁与波纹板连接处为车体疲劳寿命薄弱位置。

12号合金钢组合辙叉单开道岔疲劳裂纹萌生寿命预测

基于有限元分析软件建立12号合金钢组合辙叉单开道岔静、动力学分析模型;基于列车直、侧向过岔的动力仿真结果,确定岔区钢轨疲劳敏感区域,并提取敏感区域疲劳荷载谱;采用静力分析模型研究单位荷载下各敏感区域钢轨内部应力分布情况;基于Miner线性累积法则对岔区钢轨疲劳裂纹萌生寿命进行预测;研究列车轴重、速度对钢轨裂纹萌生寿命的影响;给出不同轴重、不同速度列车通过时岔区钢轨疲劳敏感区域裂纹萌生寿命的预测公式.结果表明:道岔不同敏感区域钢轨的疲劳裂纹萌生寿命相差很大,列车轴重及侧向通过速度对钢轨的疲劳裂纹萌生寿命有很大影响,疲劳裂纹萌生寿命随列车轴重的增加而大幅降低,随列车侧向通过速度的增加也有所降低.

基于二维载荷谱的疲劳寿命估算

在随机疲劳载荷作用下,应用雨流计数法建立二维疲劳载荷谱,将随机载荷-时间历程处理成以载荷幅值和均值为变量的二维联合概率密度函数。通过建立等幅疲劳中值Sa-Sm-N曲面,应用Miner线性疲劳累积损伤理论,提出了基于二维载荷谱的疲劳寿命估算方法。最后,给出了一个具体应用实例,计算结果表明,应用二维疲劳载荷谱进行疲劳寿命计算较一维载荷谱更为合理,具有较好的工程应用价值。

涡扇发动机拉紧轴疲劳试验

针对涡扇发动机拉紧轴在工作环境中所存在的疲劳失效问题,提出基于有限元法(FEM)与Miner线性累积损伤理论相结合的理论模型,实现了已知涡扇发动机拉紧轴材料、几何尺寸等条件下的标准载荷循环谱计算.进一步开展了风扇拉紧轴的疲劳寿命试验测试与分析,结果表明,试验中拉紧轴可承受30 000次试验载荷循环数,试验之后经检查无裂纹、凸肩切入、螺纹断扣等失效现象,最终确定其在标准载荷循环下的安全使用寿命.通过开展对拉紧轴的疲劳试验研究、仿真计算与分析等工作,有效验证了可靠性寿命预测方法与模型的可行性.