Miner线性累积损伤理论在滚筒洗衣机轴承寿命计算中的应用

以预测滚筒洗衣机的轴承使用寿命为目标,根据滚筒洗衣机的工作原理,对滚筒洗衣机受力模型进行简化。基于此阐述滚筒洗衣机轴承寿命计算的方法,将轴承基本寿命计算分为三个部分进行:a)基于简化的受力模型,推导出轴承承受力表达式;b)结合ISO 281《滚动轴承额定动载荷及额定寿命》中轴承基本寿命计算公式,计算洗衣机不同工况下的循环载荷;c)引入Miner线性累积损伤理论,探讨循环载荷与总当量载荷的关系。根据洗衣机的变幅循环载荷受力特点,将ISO 281与Miner线性累积损伤理论结合应用于滚筒洗衣机轴承寿命计算,推导出平均当量动载荷表达式,回答了不同工况下的循环载荷与总当量动载荷之间的关系。

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。

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.

疲劳累积损伤理论在曲轴疲劳分析中的应用

基于Palmgren-Miner疲劳累积损伤法则,并考虑应力—时间历程影响的基础上,对曲轴疲劳寿命进行了数值研究.与传统的准静态疲劳分析方法相比,所采用的疲劳累积损伤理论能较全面地反映载荷—时间历程对疲劳寿命的影响,与现有的实验结果比较吻合.

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.

现场环境下混凝土冻融耐久性预测方法研究

已有的冻融研究积累了大量标准试验数据,但由于现场冻融环境和室内冻融环境间的巨大差异,大量标准冻融试验数据难以直接应用于现场混凝土冻融耐久性预测。如何利用混凝土冻融标准试验数据模拟现场冻融环境下混凝土的冻融过程并给出冻融耐久性预测是工程实践中迫切需要解决的问题。首先分析室内外冻融环境的差异,在室内外混凝土材料性能(包括微孔结构性能)一致的前提下,对现场混凝土频繁接触水的情况进行研究。从疲劳损伤机制出发,利用Miner损伤累积法则和损伤等效原则,结合现场实测气温资料模拟现场混凝土冻融过程,建立能够联系实验室冻融和现场冻融的等效室内冻融循环次数公式,提出利用等效室内冻融循环次数和标准冻融试验数据预测现场混凝土冻融耐久性使用年限的方法。预测值与十三陵水库现场数据和北方部分港口工程现场数据的比较表明预测方法能够得到符合工程预测需要的结果。

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。

基于威布尔分布的电主轴加速寿命试验时间设计

为实现电主轴加速寿命试验时间设计,首先根据电主轴首次故障时间服从威布尔分布的特性,以可接受的可靠度所对应的首次故障时间为基准设计了可靠性试验时间。然后,结合修正Miner线性累积损伤理论及程序载荷谱,建立试验的加速因子模型,从而定量地确定了加速寿命试验的加速因子及试验时间。最后,基于故障率的先验分布和后验分布进行了可信性验证。试验结果表明本文方法可行,可为加速寿命试验方案设计提供依据。

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。

汽车电连接器振动可靠性室内试验强化系数研究

采用实车路谱时域复现技术,对汽车电连接器进行振动可靠性室内强化试验,研究其在接近实际工况-振动应力和电应力联合作用下的可靠性。由于国标中没有对实车路谱的规定,使得强化试验时间不能确定,试验结果无法评价。用强化系数结合汽车整车质量评价方法,可以解决这些难题。根据材料的Miner线性累积损伤原理,得到用载荷幅值τ表示的强化系数K的数学模型;采用雨流计数法得到时域载荷幅值分布形式;利用国标中规定的正弦试验方法结合数据统计知识得到了电连接器材料的近似疲劳指数m值,最后求得的强化系数与汽车试验场道路强化系数较接近。用强化系数求出强化试验时间以及故障里程,根据故障里程可以对试验结果进行评价。

基于分段函数的结构动应力谱分布估计方法

以某型动车组制动吊座的疲劳关键点为例,采集并处理其动应力数据,得到其实测动应力谱;针对等组距直方图不能满足动应力谱分布估计的问题,提出非等距分组的方法。分别使用工程领域常用的截尾正态分布函数、对数正态分布函数和威布尔分布函数以及色谱领域常用的Giddings分布函数进行实测动应力谱的分布拟合,结果表明：单一使用某一分布函数得到的分布拟合结果不能通过卡方检验,且截尾正态分布函数的拟合精度最低;Giddings分布函数对前6组数据拟合得较好,威布尔分布函数对中间组（7～12组）数据拟合得较好,对数正态分布函数对尾部（13～17组）数据拟合得较好。因此根据不同分布函数在不同谱级段体现出的拟合优势,构建分段函数分布模型,并顺利通过了卡方检验。基于分段函数分布模型得到的结构动应力谱的Miner线性累积损伤与实测谱损伤的总体走势一致,且其每级损伤均大于实测谱损伤,从而得到对结构疲劳寿命做出偏安全的预估。

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。

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。

一种修正的应变范围区分法

针对高强度、低延性材料非弹性应变范围小、难以区分的特点,提出一种修正的应变范围区分方法。该方法不区分非弹性应变中的塑性和蠕变,定义了3种基本类型的非弹性应变范围,即拉伸塑性-压缩塑性非弹性应变范围、拉伸塑性和蠕变-压缩塑性非弹性应变范围和拉伸塑性-压缩塑性和蠕变非弹性应变范围。对同时包含拉/压蠕变的循环,采用线性累积损伤法则预测其寿命。用Rene'95材料650℃下控制应变的循环松弛试验数据对修正方法进行了验证,结果表明:对Rene'95材料的蠕变疲劳寿命,修正方法的预测能力好于应变范围区分法(SRP),对基本试验的寿命预测精度基本上在2倍范围之内。

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。

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.

高速列车座椅疲劳可靠性分析

以高速列车座椅为研究对象,使用有限元软件ANSYS Workbench,结合IEC61373-1999标准中的功率谱密度函数对座椅进行随机振动数值仿真分析,选择座椅材料的P-S-N曲线及相关参数数据,针对不同设计尺寸下的座椅结构,采用Miner线性累积损伤理论分别进行累积损伤疲劳寿命计算。在电动振动试验台上对座椅进行模拟长寿命试验,仿真计算结果和试验结果具有良好的一致性,验证了疲劳寿命仿真分析的有效性。