基于损伤力学的某飞机构件冲击疲劳寿命预估

某飞机起落系统中某重要构件在飞机往复起落中承受循环冲击载荷作用,需对该构件的冲击疲劳强度进行分析。损伤力学方法对冲击疲劳问题来说是一种新的分析方法。首先分析构件在静载荷作用下的细节应力,判明疲劳危险点,接着分析得到危险点在冲击载荷作用下的应力响应。然后构建冲击型损伤演化方程,并识别其中的材质参数,提出将应力响应视为载荷谱的应力应变场—损伤场解耦处理方式,发展了损伤力学—有限元法,使其可用于预估构件冲击疲劳裂纹萌生寿命。而后应用该方法对构件在冲击疲劳载荷与非冲击疲劳载荷作用下的疲劳裂纹萌生寿命进行预估,得到寿命预估结果,进而比较得到冲击疲劳载荷作用下和非冲击疲劳载荷作用下构件寿命的当量关系,为该构件的等效疲劳试验提供重要参考依据。     

随机载荷下焊接结构疲劳寿命的一种有效计算方法

随机载荷下的疲劳寿命估算方法通常涉及两个方面,循环计数和损伤累积。本文研究了一种用于随机载荷下焊接构件疲劳寿命预测的有效计算方法。按照这种方法,只要求已知应力历程的功率谱密度和常规疲劳试验数据,就可以对承受随机载荷的焊接构件作出疲劳寿命计算。利用结构系统的复频响应函数,可以由已知的输入功率谱求出结构响应的谱密度。这就使得结构设计者即使在设计阶段不知道结构承受的应力历程,而只知道结构系统的输入,也同样可以对所设计的结构作出疲劳寿命预测。本文所述方法被用于某超重型矿用汽车车架的疲劳寿命计算,计算结果与实际情况基本吻合。     

液压支架偏心载荷作用下疲劳寿命的分析

采用有限元仿真模拟的形式对液压支架在偏心载荷作用下的疲劳寿命进行分析。结果表明,顶梁的最小疲劳寿命值为1 541次,底座的最小疲劳寿命值为4 861次,对顶梁的最小寿命位置处进行结构优化设计,将其疲劳寿命值提高至大于2 000次。     

柱窝焊接固定的方案确定

液压支架柱窝的焊接固定方式决定了柱窝的受力状态和使用性能。首先对柱窝焊接固定方式进行建模,根据固定位置确定有限元分析的约束条件和加载方法,计算出柱窝受力区域的应力分布,选定节点确定关键受力部位的应力分布路径,得到两种不同焊接固定方案下的应力分布曲线。通过应力分布云图和应力曲线对比得出,在承受同等载荷的作用下,添加侧筋板焊接固定方式显著提高了构件的承载强度。通过分析为大尺寸高负载的液压支架设计提供了参考。     

球囊扩张式冠脉支架的弯曲疲劳寿命

为了揭示冠脉支架植入术中支架发生断裂的原因,研究支架承受脉搏疲劳载荷的弹塑性变形基本理论和耦合接触弯曲疲劳寿命,采用Roark应力应变方法,基于美国材料与实验学会ASTM(American Society for Testing and Materials)的F2477–07标准,提出了支架耦合扩张变形的弯曲疲劳寿命测试方法。研究支架耦合接触的血管模型建立的关键技术,提出脉搏载荷加速弯曲疲劳实验方法,重点研究了血管模型的建立、载荷定义、生理条件、测量方法、性能评价等关键技术。测试6种冠脉支架的弯曲疲劳寿命,分析支架在弯曲变形过程中发生断裂的原因,揭示了支架结构尺寸、力学性能和材料特性对其疲劳寿命影响的规律。     

大采高采场液压支架的静力学分析

由于大采高采场对支架工作稳定性的要求较高,液压支架其内部的结构设计完成后需要进行强度检验,因此对大采高采场超静定液压支架的各个构件进行了系统分析。分析认为:直接的承载构件中,顶梁中间位置和底座的千斤顶耳板位置为应力集中位置;载荷传递构件中,掩护梁在顶梁连接耳板处和连杆在底座连接耳板处应力为应力集中位置;整体上,支架各个构件位移均在弹性变形范围内,稳定性较高。     

估计起重机主要构件寿命的局部应力—应变法

超重运输机械的结构复杂,通常工况也多变,某些重要构件常常在所承受的载荷远小于设计许用载荷的情况下过早地出现裂纹,甚至断裂破坏,影响整机的寿命。为了能近似地估算这些重要构件的寿命,供整机设计、结构改进起到参考的作用,本文结合疲劳损伤的机理,介绍一种估算起重机主要构件疲劳寿命的新方法——局部应力-应变法。同时编制了适合小型机使用的BASIC语言计算机程序,并给出了计算实例。     

掩护梁承载对液压支架作用仿真分析

液压支架作为主要的承载部件,掩护梁首先承受载荷的冲击作用,为研究载荷作用时掩护梁及液压支架的变化情况,采用ADAMS建立液压支架的模型,并进行瞬时载荷的作用仿真,对于得到的数据进行归纳分析。结果显示,掩护梁承载时对液压支架各部位的影响随作用位置的不同,其变化趋势也不尽相同,但都同时存在着影响最大及最小的作用点,在进行液压支架的设计时,可以参考这些变化的趋势更好地优化液压支架。     

基于道路载荷的汽车结构件可靠性试验方法研究

基于疲劳伪损伤相关性分析,建立了与道路载荷等效的程序载荷谱;对构件疲劳寿命进行了威布尔分析,建立了在一定置信度、可靠度条件下最少样件的可靠性试验方案。通过变速箱支架台架可靠性试验,复现了与道路试验相同的失效模式、疲劳失效寿命,分析了影响变速箱支架疲劳寿命的因素,并验证了试验方法的有效性。     

某轻卡制动阀支架失效分析及其优化设计

针对某轻卡制动阀支架失效问题,首先采集车架横梁两端的搓板路激励载荷对该制动阀支架进行模态频响计算,分析结果表明该制动阀支架的最大应力大于材料许用值,其最大应力位置与失效位置一致;然后基于功率谱载荷对其进行随机振动疲劳分析,分析结果表明该制动阀支架的疲劳寿命不满足疲劳性能要求,其与振动强度分析薄弱位置和失效位置相吻合;再通过集成优化平台对制动阀支架进行结构优化,优化之后制动阀支架的最大应力值和疲劳寿命值均符合性能要求值,其疲劳、强度性能显著提升,支架总重量也降低了,达到了轻量化的要求;最后对制动阀支架的优化方案进行道路可靠性验证,试验结果表明该制动阀支架的振动加速度明显减小,并且没有发生失效,科学地解决了该制动阀支架的失效问题。     

基于线性疲劳累计损伤橡胶悬置疲劳寿命预测研究

橡胶元件疲劳寿命的有效预测是其设计开发过程中的重要环节。引入橡胶元件线性疲劳累计损伤原理,提出张量形式橡胶疲劳寿命公式,且根据橡胶材料的实际承载工况提出其失效标准。依据橡胶材料的承载变形可简化为单轴拉伸及简单切应变,设计用于承载拉伸载荷的哑铃型橡胶试柱和承载剪切载荷的环形橡胶试柱,并实测疲劳寿命数据,以最小二乘法原理拟合拉伸与剪切的疲劳寿命函数公式。以车用变速箱悬置与发动机后悬置为疲劳寿命预测研究对象,通过分析其承载位移载荷时的应变张量,利用张量形式的疲劳寿命预测公式预测两种悬置在两种典型工况下的疲劳寿命。结果发现,橡胶材料的拉伸疲劳寿命曲线与简单剪切疲劳寿命曲线的变化趋势一致、形状类似、拟合函数幂指数十分接近;张量形式的疲劳寿命预测公式可有效地预测橡胶悬置的疲劳寿命。     

结构疲劳寿命稳健性优化设计

由于材料特性、构件的几何特性、载荷历程和环境条件等随机因素的影响,造成结构的疲劳寿命往往偏离结构的设计寿命.为了减少疲劳寿命的分散性,建立一种结构疲劳寿命稳健性优化模型.该模型将结构优化设计理论和随机有限元法相结合,在考虑设计变量和其他随机变量的变异性对结构疲劳寿命影响情况下,将结构疲劳寿命稳健性优化问题构造成包含结构疲劳寿命均值和标准差的双目标优化问题,并通过权因子来平衡结构疲劳寿命的均值和标准差关系,在约束函数中将结构疲劳寿命控制在最低寿命和最高寿命之间.经疲劳稳健性优化设计后的结构疲劳寿命在其均值处波动较小,而且分布曲线远离疲劳寿命底限.最后通过承受脉冲载荷的平面10杆桁架结构疲劳寿命稳健性优化算例显示了此方法的有效性.     

双驴头抽油机支架疲劳强度分析

通过三维设计软件,先建了抽油机支架的三维模型.通过现场测量的示功图,确定了双驴头抽油机支架最大载荷、最小载荷,以及对应的工作位置.再通过有限元软件计算分析了相应最大载荷和最小载荷时双驴头设备的应力和应变分布.根据分析得出的应力,采用经验的疲劳计算公式,计算了设备的疲劳寿命.计算表明,结构的疲劳寿命并不低,因此,结构材料的破坏,不是由于应力增加所引起的疲劳破坏,而是焊接质量问题.     

估算承受随机载荷构件疲劳寿命的一种新方法

提出一个以材料的随机载荷“统计特征参量——疲劳寿命”曲线作为材料基本疲劳特性来估算构件在随机载荷作用下的疲劳寿命的方法。以试件在非等幅载荷作用下所产生应力的均方差σ(r·m·s)作为试件所受随机载荷的统计特征参量。首先由实验测得材料的σ(r·m·s)—N曲线,然后以此曲线代替常规的S—N曲线作为材料的基本疲劳特性,用以估算承受随机载荷构件的疲劳寿命。实验结果表明,该方法比通常以S—N曲线为材料的基本疲劳特性的估算方法更接近实际。     

基于行驶仿真试验的履带式车辆行星架结构优化

行星架是履带式车辆侧减速器的重要传动机构,由于测试手段及试验方法的限制,行星架在设计时采用静强度设计理论,故无法准确反映其在不同的复杂任务工况下的动态特性,给动载荷作用下构件的寿命预测分析带来了极大困难,结果导致构件的实际寿命与设计寿命有较大差距。针对该情况,基于ADAMS.ATV建立了履带式车辆侧减速器虚拟行驶试验平台,仿真获得了行星架在不同工况条件下承受的动态载荷谱。基于MSC.Fatigue软件建立了侧减速器的疲劳分析模型,获得了行星架的疲劳寿命,进而通过改变行星架的结构,仿真预测其疲劳寿命随行星架不同结构参数的变化规律,为行星架的结构优化做了一定的探索研究。     

游梁式抽油机支架的疲劳强度分析

游梁式抽油机支架长期承受交变载荷的作用,易发生疲劳破坏。为预测抽油机支架的疲劳寿命、提高工作可靠性,以C-228D-173-74型抽油机支架为例,在SolidWorks Simulation环境下,首先进行静态有限元分析,得出最恶劣工况下支架的最大应力为65.86 MPa,具备较大的静强度安全系数;进一步进行疲劳分析表明,得出该支架在10年工作期限内不会发生疲劳破坏,但后支腿顶部的损坏因子为0.952,即将达到疲劳寿命极限,若须超期服役,应采取措施对破坏部位予以加强。     

基于行驶仿真试验的轮边减速器疲劳寿命预测研究

轮边减速器是重型车辆的重要降速增扭传动机构,然而轮边减速器在设计阶段由于缺乏准确可行的工作载荷数据,采用的设计载荷是静态载荷而非实际工作载荷。由于实际工作载荷和设计采用的静载荷存在相当大的差距,因此在设计载荷下的得出的轮边减速器的寿命远远高于实际载荷作用下的实际寿命。为解决实际工况下轮边减速器所承受实际动态载荷的难题,本文基于MSC.ATV建立了某重型车辆虚拟行驶试验平台,获得了轮边减速器各零部件承受的动态载荷。基于疲劳仿真分析软件,获得了轮边减速器重要部件行星架及传动齿轮的疲劳寿命。预测仿真实例证明了对轮边减速器构件进行疲劳寿命预测的可行性,解决了复杂工况载荷条件下重型车辆轮边减速器疲劳寿命预测的难题,研究成果还可推广应用于相关工程领域,具有非常重要的实用意义。     

铁路救援起重机伸缩式吊臂结构的疲劳可靠性分析

在现实生产作业环境中一些工程构件和机械零部件总是承受着变载荷的作用,并且在众多的破坏模式当中疲劳破坏是一种常见的模式。因此很有必要将疲劳学作为一项重要学科进行研究。分析研究了160 t铁路救援起重机伸缩壁板壳结构系统的不同可靠性模型对疲劳寿命的影响,探讨了结构系统串联和并联系统的可靠性。对结构系统疲劳失效模式进行举例,并对单个失效模式的破坏概率进行计算和整个系统失效概率进行求解。     

《工程材料高低循环复合疲劳》讲座(四)——高、低循环复合疲劳寿命预测

构件的疲劳寿命,在一般情况下是由裂纹形成循环数与裂纹扩展的循环数之和组成,在特殊情况下,可以重点确定其中一种。一、燃气涡轮构件材料高温高低循环复合疲劳寿命估算燃气涡轮盘、叶片等构件在其轮缘、孔边榫头及榫槽等局部关键部位,均承受着离心力和热应力的低循环载荷并叠加高循环振动载荷,简化载荷谱如本讲座(一)图4所示。失效寿命定义为控制应变的最大载荷下降25%所对应的循环块作为高低循环复合疲劳失效寿命,以下简称为高低循环复合疲劳寿命。     

冲击载荷下液压支架的力的传递特性分析

液压支架在支护作业中受到巷道顶部矿层压力以及煤矸石等掉落时的冲击力,对液压支架造成了较大的冲击,导致液压支架结构受到破坏,严重影响了煤矿井下的综采安全。因此利用ADAMS仿真分析软件建立了液压支架的动力学模型,主要针对液压支架在受到冲击载荷后力在支架内的传递特性进行分析,结果表明:冲击载荷作用在液压支架的不同位置对各连接位置的力的传递特性影响不同,该分析结果为后续液压支架的优化设计提供了理论依据。