受电弓强度参数灵敏度分析及疲劳寿命计算

受电弓作为列车受流的关键部分,其强度及疲劳寿命对列车的稳定运行起关键作用,文章以某地铁线路搭载受电弓为例,展开了受电弓强度参数灵敏度及疲劳寿命的研究。首先,建立受电弓有限元模型进行静强度分析以及强度校核,并通过响应面法对其上框架展开了灵敏度分析;其次,基于准静态叠加法将线路实测数据转换为受电弓上框架的疲劳载荷应力谱;最后,结合疲劳分析软件nCode对受电弓上框架展开了疲劳分析预测。结果表明:该受电弓框架在额定工作高度下的最大应力满足材料强度校核要求,各参数对上框架最大应力的影响程度从大到小依次为上框架厚度a、上框架厚度b、泊松比、弹性模量,且受电弓上框架最小寿命值满足标准对疲劳寿命的规定要求。

基于应力场强理论的缺口件疲劳寿命计算新方法

为进一步精确评估缺口件的疲劳行为,基于应力场强法,针对传统疲劳损伤区域判定存在争议的问题,考虑晶粒尺寸和各点应力对损伤区域的综合作用,提出了一种心形疲劳损伤区域,对权函数和损伤区域界定准则进行了修正,建立了一种新的疲劳寿命预估模型。对泵头体材料40CrNi_(2)MoV进行了疲劳试验和算例验证,结果表明:新方法降低了计算成本,圆孔件和V形缺口件疲劳寿命预测精度分别提高了20%~50%及10%~35%,适用于不同缺口类型的疲劳寿命预测。

基于应力场强法的场强半径规律研究

针对应力疲劳试验费时长、耗资源和相关材料疲劳数据较为缺乏、难以获取的情况,本文对应力场强法假设进行延伸,以应力集中系数Kt不为1时的疲劳寿命数据为基准,研究不同Kt和不同应力水平下的场径参数求取方法,给出场径求取步骤。同时,利用5种不同Kt的缺口试件,在应力比为-1时的疲劳寿命数据支撑下,以Kt为1.5的标准缺口试件为基准,按照步骤求取在不同Kt和应力水平下的场径参数。得出结论:当应力比等于-1时,以Kt不为1的标准缺口件疲劳寿命数据为基准求取的场径,在一定范围内与Kt呈很强的线性关系,但在较大的范围时,场径与Kt不呈线性关系。Kt相同的缺口件的场强半径并不是一成不变的,而是会根据应力幅的改变而改变,且在弹性范围之内,不同Kt的缺口件场强半径随应力幅的变化规律是基本一致的。

随机疲劳寿命预测的局部应力应变场强法

在应力场强法研究的基础上，提出了缺口疲劳损伤局部应力应变场强方法，该方法可同时考虑缺口根部局部应力应变梯度对疲劳损伤的影响。通过对缺口件进行随机交变加载下的弹塑性有限元分析，给出一种随机疲劳寿命预测的局部应力应变场强方法，由该法来预测缺口件疲劳裂纹形成寿命，经初步验证，其精度要高于传统的局部应力应变法。

应力场强法在多轴疲劳寿命估算中的应用

将预测疲劳寿命的方法———应力场强法理论初步应用到单轴加载和多轴加载下的疲劳寿命估算。同时 ,对于单轴加载和多轴比例加载给出预测算例 ,并与其试验结果进行对比 。

设ATPB的半刚性基层沥青路面结构疲劳特性分析

采用断裂力学方法给出了设沥青稳定排水基层(ATPB)的半刚性基层沥青路面结构裂缝尖端应力场和位移场,进而推导出了裂缝尖端的应力强度因子计算公式;利用有限元法分别计算了半刚性基层沥青路面结构和设ATPB的半刚性基层沥青路面结构裂缝尖端的应力强度因子,并利用Paris公式预估了这2种路面结构的疲劳寿命。结果表明:设ATPB可明显提高半刚性基层沥青路面结构疲劳寿命,具有延缓和抑制半刚性基层沥青路面结构反射裂缝的作用。

基于应力应变场强法的轮盘疲劳可靠性分析方法

为了更精确地进行航空发动机轮盘的疲劳可靠性分析,考虑缺口区域应力应变分布对疲劳寿命的影响,通过有限元模拟试验确定材料场径,采用应力应变场强法对轮盘进行确定性疲劳寿命分析。考虑场强因子及各参数的随机性,利用分布式协同响应面建立疲劳可靠性分析模型,并建立基于应力应变场强法的轮盘疲劳可靠性分析流程。结果显示:99.90%可靠度下的轮盘疲劳寿命为9595循环,相比确定性安全寿命6557循环,轮盘具有一定的寿命裕度。而应力应变场强法与传统方法理论分析结果相比,传统方法分析结果偏小,趋于保守。验证了基于应力应变场强法进行结构疲劳可靠性分析的合理性。

CFRP加固含疲劳裂纹钢板的有限元参数分析

CFRP加固含疲劳裂纹钢板可显著提高其疲劳寿命。采用有限元分析方法,详细研究了CFRP长度、宽度、厚度、弹性模量,胶层的剪切模量和厚度等各种参数对加固效果的影响。结果表明:提高CFRP的弹性模量、厚度,采用适当的胶层剪切模量、厚度,对提高加固效果显著。根据有限元计算结果,归纳得出应力强度因子幅的计算经验公式,该经验公式与有限元计算结果和试验结果符合较好,可用于计算CFRP加固含疲劳裂纹钢板疲劳寿命的计算。

基于应力场强法的随机载荷作用下转向节疲劳寿命预估

利用多体动力学理论建立了双横臂悬架系统的刚柔耦合动力学模型,采用国家B级路面谱进行模拟激励,得到了汽车转向节的六分力时间历程。结合转向节有限元模型,获得了转向节实时等效单元应力,通过统计确定了最易疲劳的损伤区域。运用应力场强理论来计算应力场强,并使用雨流计数法进行了统计,综合计算了转向节的疲劳寿命。结果显示,连接车轮横臂处最易发生疲劳破坏,特定条件下的疲劳循环寿命为2.4×107次。

基于应力场强法的抽油机驴头疲劳寿命预测

由于名义应力法对抽油机驴头疲劳寿命预测结果偏离实际而引入应力场强法,给出了两种方法的预测步骤。基于驴头所受循环交变载荷分析,在Ansys仿真环境下进行静态仿真,计算极限载荷下喉口处应力值;进行准静态仿真,计算喉口处应力值与局部损伤区域内应力场强随时间的变化历程,依据步骤处理仿真结果得到两种方法的疲劳寿命预测值。对驴头现场使用寿命进行统计并拟合其疲劳寿命分布来验证两种方法准确性,并分析了形成误差结果大小不同的原因,结果表明应力场强法预测精度较高,预测结果贴合现场实际。

复合型裂纹的扩展路径模拟及疲劳寿命预测

针对二维裂纹稳态扩展,基于位移外推,通过最小二乘法拟合得到应力强度因子数值计算方法;利用最大周向应力准则判断裂纹扩展方向,并得到作为裂纹失稳扩展判据的等效应力强度因子;通过Paris准则得到疲劳寿命预测数值方法。基于ANSYS软件平台,根据上述理论通过APDL编程建立了裂纹扩展路径模拟及疲劳寿命预测模型。该模型可根据裂尖位置进行参数化建模及网格自动划分。将3个典型算例仿真结果与相应解析解或实验结果进行比较,验证了该方法的正确性,为裂纹扩展路径模拟及疲劳寿命预测提供了一种有效的技术手段。

基于场强法的平板法兰角焊缝接头的疲劳寿命估算方法

焊接接头疲劳损伤具有局部性特征.基于应力场强法的基本思想,通过对角焊接接头的场径分析,通过对法兰角焊缝接头应力集中区的弹塑性有限元计算和应力场强数值求解,得到了接头焊趾区局部应力场强.在此基础上,根据光滑试件的S-N曲线,最终得到了法兰角焊缝接头的疲劳寿命的一个估算值.该结果与局部应力应变法相比,疲劳寿命预测精度有较大提高,与试验结果吻合良好.

随机扫描振动中结构疲劳寿命的预测

应用应力场强度理论,分析、推导按宇航标准进行随机扫描振动中,复合循环应力作用下材料的应力函数f(iδj)和应力场强度δF1的具体形式,建立随机扫描振动的振动量值与结构疲劳寿命的直接联系,对在高频率(500-2 000 Hz)阶段材料的塑性行为和实验数据进行分析,得到适用于LY12-CZ的寿命修正因数.同时,通过对三因数公式进行修正,得出复合循环应力作用下,预计结构抗振动疲劳寿命的经验公式.

基于应力场强法的钢桥节点板双轴疲劳强度预测

为对桥梁结构中一些特殊构造细节进行双轴或多轴疲劳强度评估,运用应力场强法,建立了钢桥构件场径求解模型.结合铁路钢桥规范,提出了有效场径概念,建立了应力场强法计算钢桥构件双轴疲劳强度的分析模型,并以钢桥节点板为例进行模拟验证.用分析模型预测了钢桥节点板在双轴受力情况下的疲劳强度,得到了双向荷载之间的定量关系.研究结果表明,用钢桥构件场径求解模型计算的疲劳强度误差小于15%;在疲劳寿命相同的情况下,主方向荷载增加,次方向荷载将减小,次方向荷载增量为主方向荷载增量的-0.5倍.

荷载作用下半刚性基层沥青路面开裂原因分析

利用线弹性断裂力学理论和有限元法计算裂纹尖端应力强度因子,并且利用Paris公式计算了沥青路面的疲劳寿命。提出现在我国半刚性基层沥青路面容易产生反射裂缝的可能是由于沥青面层较薄、沥青面层刚度较低、基层刚度过高等综合因素造成的。基层抗压模量的变化对沥青路面疲劳寿命影响比面层抗压模量的变化更显著,随着面层厚度的增加,沥青路面的疲劳寿命有较大的提高。

基于田间实测载荷的拖拉机转向驱动桥壳疲劳寿命分析

针对拖拉机作业过程中承载幅值大、随机非对称的特点,综合考虑应力集中、尺寸效应、表面质量和载荷特性等因素对疲劳寿命的影响,从相对应力梯度、疲劳损伤区域和实测载荷应力比3方面对传统应力场强法进行优化,获取修正S-N曲线,结合拖拉机田间作业的实测载荷数据,分析某88 kW拖拉机转向驱动桥壳的疲劳寿命,并与传统应力场强法的预测结果进行对比。结果表明,相比于传统方法的预测结果(31 860 h),优化后的应力场强法的预测结果(25 467 h)更接近实际工作寿命(24 000 h)。本研究可为农机装备关键零部件的疲劳寿命预测提供分析方法。

一种新的缺口件疲劳寿命分布计算模型

提出了一种新的缺口件疲劳寿命分布计算模型。该模型将影响缺口件疲劳寿命分布的因素分成微观结构的不均匀性和缺口根部局部应力应变的分散性两部分,并选择应力场强作为局部应力应变量。前一部分的影响可参考光滑试件的疲劳寿命试验数据获得,后一部分的影响通过蒙特卡洛随机有限元法计算得到,最后将两部分的影响有机结合起来,得到缺口件的疲劳寿命分布。进行了材料LY12CZ的中心孔缺口件的寿命分布算例分析,预测结果与试验结果吻合良好,表明该方法是有效的。

基于光滑件的缺口件疲劳强度分散性估算方法

提出了一个缺口件疲劳强度分散性的估算方法,该方法只需要材料P-S-N曲线和缺口件的几何信息。影响缺口件疲劳强度分布的因素主要有材料的分散性和缺口效应的分散性两部分。本文采用改进的相等破坏概率方法求出光滑件的疲劳强度分布,该方法可充分考虑成组和升降法疲劳试验结果,由应力场强法和历史信息获得疲劳缺口系数的分布,并由此得到缺口件疲劳强度分布。完成了2024-T 3和7075-T 6铝合金的8个算例,结果表明该方法所得结果令人满意。

飞机结构中下陷结构的疲劳可靠性分析

主要分析和试验研究了飞机结构的下陷结构的细节参数中下陷过度区尺寸Ｌ２、下陷曲率半径Ｒ与疲劳寿命的关系。通过采用应力场强法对下陷结构进行有限元计算和疲劳试验得知，Ｌ２的增加可延长结构的疲劳寿命，而Ｒ的小范围尺寸变化不会对寿命有太大影响。

复杂应力场下T型管节点应力强度因子计算和分析

疲劳破坏是船舶及海洋工程结构物失效的主要原因之一.海洋结构物大型焊接结构一般处在复杂的应力应变场中,而应力强度因子是基于断裂力学预报疲劳寿命方法的关键参数.因此如何计算复杂应力场中的应力强度因子,以便预测焊接结构的疲劳寿命是当前研究的主要趋势.文中提出了一种有限元与权函数相结合的方法求解复杂应力场下海洋平台T型管节点的应力强度因子,并基于该方法,分别对轴向载荷、面内外弯曲载荷和组合载荷作用下T型管节点的应力强度因子变化趋势做了分析,采用单一裂纹扩展率曲线模型对T型管节点的疲劳寿命进行了预报.结果表明:通过与手册公式的计算结果比较,该方法计算得到的疲劳寿命偏小,更有利于对寿命的保守估计;减少了求解裂纹应力强度因子的难度,提高了效率,使得求解复杂应力场下的应力强度因子简单可行.