疲劳分析软件MSC Fatigue的工程应用

为实现交叉杆的疲劳寿命预测,应用实测载荷和材料数据,进行有限元的应力分析,采用名义应力法,基于MSC Fatigue进行交叉杆的疲劳寿命预测,与交叉杆的实际使用寿命较为吻合.表明基于虚拟疲劳设计软件的疲劳设计方法合理可行,为交叉杆的结构优化设计和疲劳寿命预测提供参考.

基于核密度估计的单轨车辆构架载荷谱外推

车辆构架疲劳寿命预测准确性受动载荷谱完整性的影响,但线路实测的载荷数据具有短时与局部特征,为了准确预测疲劳寿命需要将短期样本数据外推至全寿命周期范围,本文以单轨车辆转向架构架为分析案例。首先,采用基于自适应带宽的核密度估计方法对实测载荷谱进行概率密度估计,其次,通过蒙特卡洛模拟算法实现了载荷谱外推;最后,基于核密度外推后的载荷谱对构架进行疲劳寿命分析。分析结果表明,与传统线性外推的数据相比,基于核密度估计外推的载荷谱评估结果更加安全,更有利于保障车辆的安全运行。

基于平均应力修正的综框疲劳损伤分析及寿命预测

针对综框的高速特性和复杂承载状态,采用平均应力修正法对其疲劳特性进行仿真研究。文章在结构设计与负载估算基础上,通过ANSYS/WorkBench协同仿真环境实现了综框的有限元建模与静力分析。以基本S-N疲劳性能曲线为依据,构建基于nCode DesignLife的预定义疲劳项目仿真流程,探究正弦时间序列载荷作用下的综框疲劳行为。结果显示:铝合金综框失效状态为高周疲劳破坏(>2.6×105),其疲劳损伤主要发生在横梁两端局部区域,尤其是在弹簧悬挂处,集中分布有多个潜在失效危险域;铁质综框疲劳损伤覆盖区相对更大,且整体抗疲劳性能明显不及铝合金综框。可为实际工况下的综框疲劳寿命分析及损伤机理研究提供有力参考。

气动环境下结构噪声载荷谱编制方法

目前针对既受气动静压力又受声载荷的结构,试验考核时大部分是静强度与声疲劳寿命分开考核,但是气动静压产生的拉伸平均应力会影响结构的声疲劳寿命,本研究提供一种气动环境下结构噪声载荷谱编制方法,将气动静压对结构寿命的影响等效到声载荷中,便于在实验室中进行疲劳寿命验证。通过有限元研究了气动静压对结构振动特性和响应特性的影响,计算得到了不同压力情况下结构的振动特性,并且得到了气动静压与声载荷联合作用下结构的响应,根据相应材料的随机S-N曲线计算得到不同静压下结构的声疲劳寿命,得出了气动静压达到一定值会严重影响结构声疲劳寿命的结论。随后利用修正Goodman公式将平均应力非零状态的动应力转化为零平均应力时的动应力,然后根据损伤等效关系将气动静压对结构寿命的影响等效到声载荷中。研究给出了气动环境下结构噪声载荷谱编制方法。

随机载荷下矿用自卸车后桥壳疲劳寿命分析

矿用自卸车行驶路况非常恶劣,为研究国产首台SF33900型矿用自卸车后桥壳的疲劳寿命,建立后桥壳有限元分析模型,将载荷峰值作用下的仿真应力结果与试验结果进行对比分析,得出两者数值比较接近,从而验证了该模型具有一定的准确性。将动力学分析结果作为后桥壳疲劳寿命分析的随机载荷谱,得出水平路面普通工况下的疲劳寿命分布云图,其最小寿命满足工程要求。为研究载荷变化对后桥壳疲劳寿命的灵敏性,对比分析三处载荷变化对后桥壳疲劳寿命的影响程度,得出后横拉杆和悬架下支点位置受力变化对后桥壳疲劳寿命影响较大。另外,还考虑载荷频率变化对后桥壳疲劳寿命的影响,结果表明,载荷频率变化比幅值变化更能影响疲劳寿命。

基于单轴损伤的货车钩尾框多轴疲劳寿命分析

基于单轴应变疲劳分析 ,提出了比例加载多轴应力状态下的疲劳寿命计算方法。采用钩尾框 AAR载荷谱和我国实测载荷谱 ,对货车 13号车钩钩尾框进行了细致的有限元计算和多轴疲劳寿命分析 ,结果与实际相吻合。

考虑疲劳载荷相互影响的修正的Miner准则研究

基于疲劳加载过程中材料的疲劳极限由于损伤的出现而呈现逐渐下降的规律,提出了关于疲劳损伤计算的修正的Miner准则。在该方法中,引进一个参数来不断修正损伤过程中试件的S-N曲线,推导受损试件的疲劳极限与初始试件的疲劳极限之间的关系,使载荷间的相互作用及载荷加载顺序对材料累积损伤的影响得到考虑。通过对两个不同加载方式的疲劳试验的计算和误差比较,验证了该方法比传统的Miner准则具有更高的计算精度。同时,根据其中一种加载方式的疲劳实验数据模拟多种随机载荷谱,利用修正的Miner准则法进行计算,得知随机载荷下的疲劳寿命更接近试件的实际寿命,进一步证明该方法的正确性,从而拓展了该方法的使用范围。

整株秸秆还田机刀轴载荷谱编制与疲劳寿命估算

利用DH5937应力测试系统和传感器技术,对刀轴的弯矩和扭矩进行了模拟实测,编制了刀轴弯扭复合载荷谱。通过迈内尔(Miner)线性累积损伤理论推导出刀轴在复合应力作用下的疲劳寿命估算式,并利用刀轴弯扭载荷谱估算出刀轴的疲劳寿命,较设计寿命提高了433 h。

采煤机液压拉杠疲劳寿命研究

为研究截煤工况下采煤机液压拉杠载荷谱和疲劳寿命,通过建立液压拉杠空间力学模型,运用分块矩阵单元分割法求解液压拉杠空间力学问题,采用实验测试获得液压拉杠实时工作载荷,选取受载最恶劣的液压拉杠进行疲劳寿命研究。结果表明:液压拉杠应力集中部位在第一圈螺纹根部,最大应力点位于靠近第一圈螺纹牙根部终点位置处,最大应力值为1 386 MPa,前三圈螺纹共同承担总载荷的50%以上;液压拉杠最先产生疲劳裂纹的位置为螺纹配合处第一圈螺纹牙根部;通过假设采煤机单日累积连续截割时间为12 h,得到液压拉杠产生裂纹时间为53天。研究结果为液压拉杠结构设计提供载荷数据,同时为采煤机工作载荷监测提供一种新方法。

一种新的高速列车动应力谱分布估计方法

为克服参数估计方法对动应力谱分布估计的局限,引入一种非参数估计方法--核密度估计法。为验证算法的有效性,选取标准正态分布函数进行验证,结果表明所得概率密度曲线与真实概率密度曲线吻合很好,同时也证明了数据组距的大小对核密度估计结果没有影响。将高速列车关键部位动应力实测数据进行数据处理,将得到的实测应力谱利用核密度法进行估计并推断,结果显示核密度估计的谱损伤曲线与实测谱损伤曲线的总体走势一致且前者的每级损伤值均略大于后者,这表明利用核密度估计方法对动应力谱的拟合估计有一定误差且略偏保守,然而这种保守的估计方法对于保证结构在运用时的安全却是十分有益的。

高速动力车轴应力谱分析及疲劳寿命可靠性预测

结合车辆系统在随机轨道谱激励下的动力响应与疲劳强度理论,以"中华之星"高速动力车轴为例,建立了动车系统的非线性动力学模型,仿真车辆在典型线路上的运行特性,获取作用于轮轴上的随机载荷谱。引入车轴材料的非线性本构关系,进行轮轴的有限元分析,得到车轴关键部位的应力时间历程,对其进行统计分析后得到各危险点的应力谱。在此基础上,运用局部应力应变法和累积损伤理论进行了车轴疲劳寿命估算和可靠性分析,得到不同可靠度下的疲劳寿命。当可靠度为0.9时,其疲劳寿命为16年。

基于变载荷的滚动轴承疲劳寿命强化试验

采用多工况8级试验载荷谱对基于变载荷的滚动轴承疲劳寿命强化试验进行研究,确定强化准则,制定强化试验方案,进行常载和变载滚动轴承疲劳寿命强化试验,并对试验数据进行处理。结果表明,强化试验方案及其数据处理方法是合理和正确的。

基于强度变化特性的随机谱载荷下疲劳寿命预估模型

提出了一种新的随机谱载荷下构件的疲劳寿命评估模型。该模型以结构强度变化特性为基础,考虑低幅载荷强化和损伤的双重效应,既有清晰的物理意义,又更合理地反映了疲劳过程中零件强度值随着载荷的变化而相应地增高和衰减的特性,克服了传统疲劳累积损伤模型忽略低幅载荷强化作用的缺陷。经过两种构件的试验验证表明,此模型与传统的累积损伤模型相比能更准确地预测构件在随机载荷下的寿命,为结构的轻量化设计提供理论与技术依据。

客车随机响应计算与车轴疲劳寿命预测

将车辆系统在随机轨道谱激励下的动力响应与疲劳强度理论结合起来，以客车及ＲＤ３轴为例，进行了客车的随机响应计算与车轴响应谱的建立，并在此基础上，运用局部应力应变法和累积损伤理论进行了车轴疲劳寿命估算和可靠性分析，为新型车辆结构的随机疲劳寿命估算和可靠性设计提供了一种有应用意义的方法和途径。

燃料电池轿车变速器齿轮接触应力分析及疲劳寿命计算

为有效分析燃料电池轿车变速器齿轮接触应力以及更精确地计算齿轮的疲劳寿命,满足齿轮的使用要求,建立齿轮三维模型,应用有限元方法结合变速器实际载荷谱对齿轮接触应力进行仿真计算.根据计算结果,应用齿轮有限寿命设计理论对齿轮疲劳寿命进行计算,得到齿轮的接触应力和疲劳寿命.该方法可以为燃料电池变速器齿轮接触应力分析和疲劳寿命计算提供参考.

随机应力谱下构件疲劳可靠性分析的Miner准则—寿命分布函数法

基于随机应力谱下的Miner准则和寿命分布函数 ,提出了一种随机应力谱下构件疲劳可靠性分析模型———Miner准则—寿命分布模型。该模型首先考虑构件疲劳强度影响系数 ,对材料的p—S—N曲线进行修正 ,以得到构件的p—S—N曲线 ;然后利用Miner准则导出构件在随机应力谱下的疲劳可靠寿命表达式 ,由疲劳寿命的概率分布函数 ,并考虑构件疲劳强度影响系数的随机性 。

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.

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。

随机谱载下疲劳寿命估算方法探讨

用LY12CZ和 3 0CrMnSiNi2A两种材料制成中间有类椭圆孔的试件 ,对战斗机随机谱载下的寿命试验结果 ,分别用局部应力应变法和裂纹扩展的方法对裂纹形成寿命进行计算 ,并讨论上述两种方法的优缺点。用相对Miner法则修正的局部应力应变法能较好地估算随机谱载下的寿命 ,也指出损伤的线性累积不是很合理 ,大过载及载荷顺序等参数在局部应力应变法中对寿命的影响不是直接的 ,在裂纹扩展的方法中能较好解决这些问题。一般用裂纹扩展方法计算的寿命比局部应力应变法更符合试验的结果。

波纹腹板H形钢吊车梁疲劳寿命有限元分析

利用Matlab程序模拟吊车梁变幅应力荷载谱并采用考虑低应力幅值影响的疲劳曲线,应用有限元分析方法,将波纹腹板H形钢吊车梁与具有相同承载力极限和荷载边界条件的普通平截面H形钢吊车梁的疲劳寿命进行比较。结果表明,波纹腹板H形钢吊车梁相对于普通平截面H形钢吊车梁的整体疲劳性能和疲劳寿命均得到了较大的提升。此外,通过改变腹板构件的波纹尺寸对结构的疲劳寿命进行了参数分析,包括波纹腹板的波纹高度、波纹长度和波纹倾角,系统地研究了波形腹板H形钢吊车梁的疲劳寿命,最后结合波纹腹板在不同尺寸时的钢材使用量,在同时考虑疲劳性能和经济性能的情况下得到了一定的规律可作为波纹腹板设计的参考。