低周载荷下NiTi微动疲劳寿命预测模型研究

微动磨损加速材料疲劳失效,微动疲劳是微动磨损和普通疲劳共同作用的结果;NiTi形状记忆合金具有良好的耐磨性和抗疲劳特性,可以延缓损伤的发生和扩展;改进原有的微动疲劳寿命预测模型,将微动磨损作为影响微动疲劳寿命的重要因素,引入NiTi微动疲劳寿命预测模型中;给出合理有效的NiTi微动疲劳寿命预测模型。

冻融作用下高速铁路路基沥青混凝土防水封闭结构疲劳寿命预测模型

以高速铁路路基沥青混凝土防水封闭结构为研究对象,考虑季节性冻土地区的气象条件设计了疲劳试验和冻融循环试验,研究冻融循环作用对其疲劳特性参数演变规律的影响。结合平稳值与冻融循环周期的作用规律,提出了高速铁路路基沥青混凝土防水封闭结构在冻融循环作用下的疲劳寿命预测模型,并利用疲劳极限临界点的平均值对此疲劳寿命预测模型进行了可靠性验证。结果表明:沥青混凝土耗散能变化率与加载次数曲线在冻融前后呈现三个阶段;沥青混凝土防水封闭结构的疲劳寿命随冻融循环次数的增多而降低,且降低幅度越来越大,其抗疲劳性能受到显著损伤;经验证,高速铁路路基沥青混凝土防水封闭结构疲劳寿命预测模型准确、可靠。

基于SWT模型和威布尔分布的CFRP环带微动疲劳寿命预测

以铰销式碳纤维增强基复合材料(CFRP)环带为研究对象,基于SWT疲劳寿命预测模型,推导了服从威布尔分布的概率疲劳寿命预测方法。在给定的荷载条件下,建立ANSYS有限元模型,获得最不利破坏点处的应力、应变数值,并将其代入SWT模型计算微动疲劳损伤参量。根据微动疲劳寿命实验结果,采用最大似然估计法,建立在双参数威布尔分布下微动疲劳寿命与损伤参量的函数关系,得出在一定可靠度下的微动疲劳寿命预测值。结果表明:有限元的数值模拟结果与实验结果具有一致性,在四个荷载工况下,SWT模型损伤参量和威布尔分布参数值的三次项插值函数均方误差最小,得出95%可靠度下的疲劳寿命循环次数预测值均小于疲劳实验最小测量值,可作为工程设计值使用,同时说明了此疲劳寿命预测模型的正确性。

基于寿命预测模型的微动疲劳影响因素

以ABAQUS有限元分析软件为工具，通过计算接触面上的接触应力p（x）及切向应力τ分布，求得了Ruiz微动损伤参数也0），并以此为基础，建立了一种微动疲劳寿命预测模型，经验证该模型预测值与实验值比较吻合，证明了该模型的合理、有效性。利用所得模型，研究了3种参数变化对微动疲劳寿命的影响，结果表明：在其他参数保持不变的情况下，随着接触压力的增加，微动疲劳寿命迅速下降，在达到一个最低值后，随着压力的增加寿命反而增加；微动疲劳寿命随轴向应力增加而下降；对于较低的接触压力，寿命随压头半径的增加而增加，但在较高的接触压力下，随着压头半径的变化寿命几乎保持不变。

基于晶体塑性模型的304不锈钢疲劳寿命预测

基于晶体塑性理论生成的多晶体代表性单元,通过模拟拉伸试验获得具有宏观性能的晶体塑性材料参数;采用累积塑性应变作为疲劳指示因子进行疲劳寿命预测。结果表明:通过疲劳指示因子预测的疲劳寿命在试验获得的疲劳寿命的±2倍误差范围之内,模拟结果在可接受范围之内。

2A70铝合金应变疲劳全寿命预测模型

针对2A70铝合金在全寿命范围内的疲劳寿命预测问题,开展了2A70铝合金材料拉伸试验、单轴拉压条件下的低周疲劳试验和高周疲劳试验,讨论了全寿命范围内通过应变进行寿命预测的优势,提出了一种应变疲劳全寿命曲线模型,建立了2A70铝合金的应变疲劳全寿命曲线。通过试验结果对本模型以及3种常用模型的参数进行了标定,并对4种模型的预测结果进行了对比分析,结果表明,提出的新模型寿命预测结果均在3倍误差带范围内,平均误差和分散性都较小,寿命预测精度优于其他3种模型,新模型更适合于2A70材料在同样应变比条件下的疲劳寿命预测。

不同胶结剂和骨料类型混凝土受压疲劳性能试验及寿命预测模型

为研究不同胶结剂和骨料类型对混凝土受压疲劳性能的影响,采用3种胶凝材料:普通硅酸盐水泥(ordinary portland cement,OPC);由30%OPC,20%粉煤灰(fly ash,FA)和50%磨细矿渣(ground granulated blast-furnace slag,GGBS)组成的高掺量辅助胶凝材料(supplementary cementitious material,SCM);由50%FA和50%GGBS组成,并掺入Na_(2)SiO_(3)和Ca(OH)_(2)的碱激发剂胶凝材料(alkali-activator,AA),试验制作了天然骨料混凝土(normal-weight concrete,NWC)和轻质骨料混凝土(light-weight concrete,LWC),开展恒应力循环压缩试验。最大应力水平设置3个等级,分别为混凝土静态单轴抗压强度的75%,80%和90%,而最小应力水平固定为静态抗压强度的10%。基于对试验结果的回归分析,建立了疲劳寿命和疲劳应力-应变曲线模型。结果表明,LWC的疲劳寿命略低于NWC,LWC的疲劳应变高于NWC,且与OPC混凝土相比,对于SCM或AA混凝土以上规律更加凸显。本文提出的不同胶结剂和骨料类型混凝土的改进疲劳应力-应变模型,具有计算精度高、计算过程简单、不需要繁琐迭代计算的优势。研究成果可为预测轻骨料混凝土疲劳应力-应变曲线及疲劳寿命提供一套新的方法。

基于临界面法的微动疲劳寿命预测工程应用研究

为研究可应用于工程实际的微动疲劳寿命预测方法,通过对压气机材料TC11微动疲劳试样进行微动疲劳寿命预测分析,梳理了基于临界面法的微动疲劳寿命预测方法的基本流程,并将SWT微动损伤参数的预测结果与试验数据进行对比。结果表明:弧度较小的榫头工作面会使得榫连接模拟件接触区域的SWT临界面参数值降低,有利于提高微动疲劳寿命;基于SWT临界面参数的寿命模型的预测结果与试验值的误差分散带在2倍因子以内,对航空发动机和燃气轮机实际构件的微动疲劳寿命预测具有参考意义。

金属机械部件的疲劳损伤机制与寿命预测模型

基于裂纹萌生与扩展的机制及金属部件疲劳损伤的各种主要因素,结合模具行业的特点和需求,开发了一种基于深度学习的寿命预测模型。仿真结果表明,该模型在预测模具金属部件的寿命方面具有较高的精度和可靠性。这对于模具制造和运行企业而言,不仅有助于他们更深入地理解金属部件的疲劳损伤行为,更能帮助他们准确预测部件的寿命,从而进行更为合理的工程设计和优化。

基于数据融合的疲劳寿命预测方法

针对疲劳实验耗时长、实验数据分散性大,通过小样本数据获得的高存活率P-S-N曲线不够准确,疲劳寿命预测不够准确和可靠的问题,基于性能-寿命概率映射原理数据融合方法对不同应力级的小样本疲劳数据进行数据融合,并分析和评估通过该方法获得准确P-S-N曲线的可行性。与融合前的小样本疲劳数据相比,数据融合后所得P-S-N曲线更接近总体大样本数据得出的P-S-N曲线,表明该方法能够在减少疲劳实验量的前提下有效提高疲劳寿命预测的可靠性与准确性。对比和评价不同模型对融合前与融合后数据的寿命预测能力,发现三参数幂函数模型的预测能力较强,而对于大样本数据,四种模型(Basquin S-N模型、指数S-N模型、三参数幂函数S-N模型(基于对数正态分布)、三参数幂函数S-N模型(基于三参数威布尔分布))的预测能力很接近。

基于有限元分析的连续油管寿命研究及预测模型

目前针对连续油管的寿命预测研究较少,但在实际的生产中连续油管的突然失效会造成极大安全隐患,急需解决方案。针对此问题,本文使用有限元仿真方法,针对三种规格的CT80连续油管在不同工况下进行有限元分析,得到了连续油管的受力、形变和疲劳寿命。用疲劳试验对有限元分析进行验证,证明了有限元分析的疲劳寿命的准确性。将连续油管的直径、壁厚、内压、弯曲半径参数转化为外壁应变和环向应力,通过数据拟合建立了关于外壁应变、环向应力和疲劳寿命之间的全经验公式,得到连续油管疲劳寿命预测模型。并用试验得出的结果与疲劳寿命预测模型进行比较,误差较小,可用于CT80连续油管的疲劳寿命预测,最后通过疲劳试验得到了连续油管在二级加载下的疲劳寿命模型,该模型可预测油管在第二级载荷下的剩余疲劳寿命。

非对称循环载荷下铝基复合材料的疲劳寿命预测

铝基复合材料由不同力学性能和疲劳行为的多种材料组成。在非对称循环载荷下,各组分间的相互作用和影响使其疲劳寿命预测变得复杂。为解决这一问题,研究一种非对称循环载荷下铝基复合材料疲劳寿命预测方法。用Na_(3)Al F_(6)和Ti O_(2)粉末强化铝合金基体,制备出复合材料样品。设计非对称循环载荷加载条件。用Walker裂纹扩展式结合Chaboche模型进行铝基复合材料疲劳寿命预测,Chaboche模型能较好地描述材料在循环加载下的非线性行为;通过引入应力比参数,Walker公式可更准确地预测裂纹在不同应力水平下的扩展行为。将两者结合能更全面地考虑材料在疲劳过程中的各种因素,从而提高疲劳寿命预测的准确性。结果表明:随着应力幅值的增加,试件裂缝长度随之上升,同时随着循环圈数的增加,试件应力随之上升,这使得铝基复合材料疲劳寿命下降,且该方法的预测结果与实测值更接近,说明预测结果可靠。

基于EMD的灰色模型的疲劳剩余寿命预测方法研究

工程上的振动信号多为非线性非平稳信号,为了利用工程振动信号预测机械产品的疲劳剩余寿命,提出改进的经验模态分解方法对振动信号进行分解,分离故障特征频率到某本征模态函数中,计算全寿命周期各阶段故障特征频率所在本征模态函数的均方根值、峭度等时域特征指标,将其作为刻画机械产品健康状态的退化特征量,形成退化特征量序列,根据经验设定机械产品完全失效对应的退化特征量阈值。用退化特征量序列训练灰色模型,然后用训练好的灰色模型预测退化特征量的变化趋势,判断不同退化特征量用于刻画机械产品退化过程的可行性,估计可用退化特征量达到退化特征量阈值的时间并据此预测机械产品的剩余疲劳寿命。通过6205深沟球轴承全寿命周期振动信号对其进行验证,结果表明,可用的退化特征量结合该方法可以有效地预测小型球轴承的疲劳剩余寿命。

汽轮机联轴器螺栓疲劳特性及寿命预测模型的研究

摘要:在常温空气介质下,对轴向和剪切低周疲劳分别利用实心圆形和薄壁圆筒试样进行实验,得到了电厂常用联轴器螺栓材料40CrNiMo的具有95%置信度、5%误差限的轴向疲劳性能和剪切疲劳性能参数,分别给出了该材料在常温下的单调和循环应力应变特性曲线以及中值疲劳寿命曲线。进而在实验基础上,运用Von Mises 等效应变范围模型、Manson-Halford 模型、Fatemi 模型、基于剪切形式 的预测模型等已有的多轴寿命模型将两种疲劳有机联系起来,并利用实验数据分别对上述多轴寿命模型进行了评价,从而找到在常温下适合该材料的寿命预测模型。分析表明:联轴器螺栓材料40CrNiMo 在循环扭转和循环拉压载荷下均显示出循环软化特性;作为一种多轴寿命预测模型,基于剪切形式的多轴疲劳寿命模型对于联轴器螺栓材料40CrNiMo而言是一种很有前景的、具有较高精度的寿命预测模型。

高低周载荷作用下燕尾榫结构的微动疲劳寿命预测

为预测在高周和低周载荷共同作用下,燕尾榫连接结构的微动疲劳寿命,采用高低周等效应力比代替传统经验预测模型中的等效应力,并考虑到摩擦功的影响,对微动疲劳寿命预测经验模型进行改进。通过燕尾榫连接结构的高低周微动疲劳试验,拟合了改进微动疲劳寿命预测模型中的三个系数;采用该模型对相关文献中的燕尾榫连接结构微动疲劳试验结果进行预测,结果表明,微动疲劳寿命预测的最大误差降低了约50%。

考虑平均应力效应的Tovo-Benasciutti疲劳寿命预测模型

为了考虑平均应力对循环载荷作用下结构振动疲劳寿命的影响,对Tovo-Benasciutti疲劳损伤模型进行了平均应力修正。采用径向基函数法构造平均应力修正系数与随机应力带宽系数之间的近似模型,建立了考虑平均应力的Tovo-Benasciutti疲劳损伤模型。利用所建立的模型对某简单梁进行了疲劳寿命估计。结果表明:考虑平均应力效应的Tovo-Benasciutti模型能得到与试验更一致的结果。

定向合金DZ125热/机械疲劳寿命预测模型评估

分别用微裂纹扩展模型、Manson-Coffin方程和拉伸迟滞能模型对DZ125定向凝固铸造镍基高温合金的热/机械疲劳寿命进行预测。预测结果发现:三种模型都能较好对DZ125合金的热/机械疲劳寿命进行预测(分散带为2倍左右)。通过分散带和标准差的定量比较发现:对于同相位、-135°相位和同相位带保持时间的热/机械疲劳,拉伸迟滞能寿命预测模型的预测结果比微裂纹扩展模型和Manson-Coffin方程的预测结果好;而对于反相位热/机械疲劳,微裂纹扩展模型的预测结果比拉伸迟滞能寿命预测模型和Manson-Coffin方程的预测结果好。

ZL702A铝合金构件微动疲劳寿命预测研究

目的探讨ZL702A铝合金的微动损伤机理,寻找适合的微动疲劳寿命预估模型。方法以ZL702A铝合金为研究对象,设计方足桥-试件微动模拟件进行微动疲劳实验,用4XC-PC金相显微镜观察断裂试件表面的磨损形貌,探讨微动损伤机理。建立方足桥-试件有限元模型,编程计算剪应变幅、法向正应力、相对滑移距离等微动特征参数,分别运用FS、KBM、Mc Diarmid以及Ruiz参数预测ZL702A铝合金微动疲劳寿命。结果疲劳裂纹主要在局部塑性区成核,剪切应变可以加速裂纹核的形成,疲劳裂纹增长是裂纹尖端剪切带不断聚合的过程,裂纹面上的法向应力/应变使这种聚合加速。法向载荷保持不变,随着最大轴向力的增大,微动损伤增大。4种微动疲劳寿命预估模型的结果表明,微动损伤在试件接触区边缘最大,容易萌生微动裂纹,与实验值一致。微动疲劳寿命预测结果表明,Ruiz参数预测结果与实验结果误差在2倍公差带因子范围内,最接近实验值。结论微动磨损区分为粘着区、混合区、滑移区,在混合区边界上最容易发生塑性变形,萌生微动疲劳裂纹,用Ruiz参数预测ZL702A铝合金的微动疲劳寿命是可行的。

基于剪切形式的多轴疲劳寿命预测模型

在多轴损伤临界面的基础上，结合多轴疲劳损伤和裂纹萌生与扩展的特点，提出一种剪切形式的多轴疲劳损伤参量，该参量不含有材料常数；进而建立了一种新的多轴疲劳寿命预测模型。经多轴疲劳试验验证表明，所建立的寿命预测模型可同时适用于多轴比例与非比例循环加载。

考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测研究

微动疲劳是矿井提升钢丝绳主要失效形式之一,在钢丝微动疲劳过程中,微动磨损严重影响钢丝微动疲劳裂纹扩展特性,进而制约钢丝微动疲劳断裂机制,故开展考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测研究至关重要.运用自制钢丝微动疲劳试验机开展钢丝微动疲劳试验和拉伸断裂试验,通过高速度数码显微系统揭示微动疲劳过程中钢丝微动磨损演化、裂纹萌生和扩展及断裂特性,基于摩擦学和断裂力学理论,运用有限元法、循环迭代法和虚拟裂纹闭合技术建立了考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测模型,并进行试验验证.结果表明:采用微动疲劳过程稳定阶段磨损系数预测钢丝微动磨损演化可保证预测正确性,微动疲劳过程中钢丝主要为Ⅰ型裂纹扩展模式,考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测值和试验值吻合较好,验证了预测模型正确性.