钢丝的疲劳强度与疲劳寿命

采用制绳钢丝样品，测定其疲劳寿命和疲劳强度；利用成组试验法和升降法，在用数据统计分析和处理实验结果的基础上，绘制出钢丝的存活率—应力—寿命曲线；讨论钢丝具有较高存活率的疲劳寿命的安全性，进一步探讨钢丝安全疲劳强度在Ｐ—Ｓ—Ｎ曲线上长寿命区的应用，补偿了靠成组试验法很难测定该区疲劳寿命分布的缺点。     

钢帘线在不同弯曲疲劳条件下的疲劳极限估算

钢帘线使用中一个重要问题是其疲劳寿命。对钢帘线疲劳性能的描述和估算的关注,以及如何根据实验室数据推断钢帘线在轮胎中的性能,对钢帘线增强作用的研究者提出了巨大的挑战。笔者曾提出了一种在不同弯曲疲劳条件下估算钢帘线疲劳极限的方法,此方法以修正的Goodman定律为基础,根据钢帘线中受力最严重的钢丝的疲劳极限来估算不同弯曲疲劳条件下钢帘线的疲劳极限。本文通过实验室三辊弯曲疲劳试验验证该方法。1　修正的Goodman定律修正的Goodman定律是计算在变化应力作用下金属疲劳强度的经验公式,其数学表达式为:Sa=S(1- SmSu) (1)式中:…     

基于断裂力学的立式杀菌锅全寿命疲劳分析

目的:研究一种新型立式杀菌锅在热机循环载荷下的疲劳强度,特别是在锅体出现裂纹后的剩余疲劳寿命以及影响杀菌锅疲劳裂纹扩展的因素.方法:从杀菌锅结构完好的设计疲劳寿命和有裂纹后的剩余疲劳寿命两个方面对其进行全寿命疲劳分析.采用Workbench分析杀菌和3种循环载荷下杀菌锅的力学特性;基于SGN曲线研究杀菌锅在3种交变应力下的设计疲劳寿命;基于断裂力学原理研究初始裂纹尺寸、压力、温度对有裂纹杀菌锅应力强度因子和剩余疲劳寿命的影响.结果:此类立式杀菌锅的设计疲劳寿命为5×10⁵次,满足设计需要且有一定安全余量;基于断裂力学分析得出杀菌锅裂纹尺寸寿命曲线,对含缺陷杀菌锅剩余寿命进行预测,具有一定创新性.结论:使用过程中应关注锅体内部裂纹的产生和扩展情况,可以根据试验提出的方法对杀菌锅裂纹缺陷进行强度分析和寿命预测.     

某直升机复合材料桨叶疲劳试验提前失效分析

某直升机旋翼桨叶疲劳试验考核中发生蒙皮断裂,寿命远低于设计要求。分析表明蒙皮模压质量、泡沫对接缝对蒙皮应力影响较小,不足以造成桨叶疲劳试验的提前失效。通过有限元模拟发现蒙皮厚度不均匀导致的应力集中是疲劳试验提前失效的主要原因。采用改进后的旋翼桨叶完成另外两件疲劳试验。依据有限元分析计算出应力集中系数,结合第一件试验结果得到的疲劳极限与第二件、第三件疲劳试验的疲劳极限基本吻合。从试验、计算两方面均证明结构应力集中是疲劳试验提前失效主要原因。     

影响疲劳性能的几个因素

S-N曲线是描述材料疲劳性能的基本曲线,一般是小尺寸试件在R=-1载荷条件得到的,试件加工精度高,表面光洁。但是实际零构件的加工方法、使用条件和工作环境与试验条件不同,这将引起材料的疲劳性能产生变化。在设计零构件选用疲劳极限时,要对疲劳极限作一定的修正。影响材料的疲劳性能的主要因素有:平均应力、构件尺寸、表面光洁度、表面处理、使用温度及环境等。     

QPQ盐浴复合热处理中渗氮温度对4145钢疲劳寿命的影响

随着钻井深度的增加,钻具服役工况越来越恶劣,钻杆疲劳失效问题日渐突出。钻杆的失效带来严重的事故和巨大的经济损失,故研究钻杆的疲劳性能具有直接工程意义。文章研究了4145钢在不同渗氮温度下盐浴复合处理(QPQ)后对其疲劳寿命的影响。按照数理统计方法对疲劳实验结果进行分析处理,对比不同渗氮温度工艺处理下的试样和原始试样的疲劳S-N曲线的差异。通过旋转弯曲疲劳试验表明,QPQ处理可显著提高4145钢的疲劳寿命。在580℃渗氮温度下,其疲劳极限提高幅度最大,比未处理试样提高约23.2%。利用扫描电子显微镜对疲劳试样断口进行分析,分析盐浴热处理提高4145钢疲劳寿命的主要原因。     

椭圆方程式的多轴疲劳寿命预测模型

建立一种椭圆方程式的多轴常幅疲劳寿命预测模型,该模型采用临界平面概念,以临界平面上的最大切应变幅和法向应变程作为基本参数,并引入最大等效应力来考虑非比例循环附加硬化的影响.埘该模型的理论分析表明,在单轴拉伸及单轴扭转应力状态下该模型能退化为常规的疲劳应变寿命模型,具有很好的兼容性.采用现有的304小锈钢和S45C钢材料的多轴疲劳试验数据对该模型及其他儿种经典的多轴疲劳寿命模型进行寿命预测分散带及标准差的对比,结果显示该疲劳寿命预测模型的寿命分散带和标准差最小.分析表明,所建市的疲劳寿命预测模型可同时适用于多轴比例与非比例循环加载,且具有较小的寿命分散带和标准差,预测精度高,材料适用范围较广,计算方便可行.     

常用安全疲劳寿命方法的对比及分析

结构寿命评估的方法有很多种,安全寿命法是结构寿命评估的主要手段。本文在不同理论应力集中系数下,利用常用的安全寿命法计算对称循环下缺口件的S-N曲线,并采用经验公式对平均应力的影响进行修正,得出其它应力比下缺口件的S-N曲线,最后通过与试验所得缺口件的S-N曲线进行对比,分析了寿命估算方法对寿命估算精度的影响。     

工程塑料齿轮疲劳寿命有限元分析

采用有限元方法对超高相对分子质量聚乙烯（UHMWPE）工程塑料齿轮无缺陷情况和存在不同程度熔接痕缺陷情况的疲劳寿命进行了分析,得出了利用ANSYS对工程塑料齿轮疲劳寿命进行分析的方法,以及上述情况下的疲劳寿命。采用了符合实际啮合情况的接触模型与裂纹模型,首先得到了在正常工作情况下齿轮最容易发生疲劳处的节点应力,然后通过输入S-N曲线,并采用Miner疲劳积累理论对应力最大处的节点进行疲劳分析。ANSYS疲劳分析结果表明：熔接痕缺陷的位置对该材料齿轮的疲劳寿命有较大影响。     

羊毛纤维重复弯曲疲劳性能的研究

本文在分析固体疲劳强度理论方程的基础上,用自行设计的单纤维重复弯曲疲劳仪测试了70支澳毛的重复疲劳性能。分析得到羊毛纤维重复弯曲疲劳寿命与重复弯曲角2θ、预加张应力ο关系,与固体疲劳强度理论方程反映的规律相同。为纤维重复弯曲疲劳性能测试标准提供了一定依据。     

车用QT700球墨铸铁低周疲劳性能试验研究

QT700球墨铸铁被大量应用于汽车曲轴、连杆、凸轮轴、气缸套等零件。文章采用QT700球墨铸铁表面光滑的棒材试样为研究对象,通过轴向不同应变幅控制的低周疲劳试验,研究了QT700球墨铸铁材料在室温条件下的低周疲劳行为,包括拉伸应力-应变、循环应力-应变、应变疲劳寿命特点,给出了相应的疲劳参数。试验结果表明,QT700在0.3%-0.7%应变幅值循环作用下出现循环硬化效应。利用数据处理软件,参照GB/T 15248-2008附录A函数关系式,在双对数坐标系下拟合出了应变-寿命曲线。     

基于ANSYS软件对压力容器开孔接管区的应力与疲劳分析

文章利用ANSYS有限元软件对压力容器开孔接管区进行应力分析,获得了开孔接管区的应力强度分布图,得到最大应力发生在筒体最高位置与接管的连接处,最大应力强度值为247.478 MPa。然后利用ANSYS进行疲劳寿命分析,将有限元方法与疲劳寿命分析理论相结合,得到累积使用系数均小于1,即开孔接管部位满足疲劳强度的要求,因此该容器是安全的。通过此次分析再次证明了ANSYS软件为压力容器实际工程应用中提供了可靠的、高效的理论依据。图4表3参11     

城市轨道车辆低压箱冲击及随机振动疲劳分析

针对城市轨道车辆车下低压箱,根据IEC 61373:2010《铁路应用铁道车辆设备冲击和振动试验》,对设备进行冲击及随机振动分析。校核设备冲击工况下强度和随机振动下疲劳寿命。按照等幅载荷和随机载荷的S-N曲线,引入随机振动疲劳的频域分析方法。并根据IEC 61373选取功率谱密度作为激励,完成随机振动相应分析,得到低压箱应力的频域特征,可以有效预测城市轨道车辆车下低压箱疲劳寿命。     

螺旋弹簧快速疲劳试验加载优化方法

新设计以及投产加工制造的高应力圆柱螺旋弹簧都需进行快速疲劳试验,试验时间短。要求圆柱螺旋弹簧加载频率高,使用寿命长,实际疲劳断裂主要为正断型疲劳断裂模式。金属材料扭转疲劳断裂机制图诠释了材料的疲劳断裂寿命、屈服强度、外施交变切应力振幅和疲劳断裂模式之间的关系。利用原理图表述不同试验条件下引发疲劳断裂模式发生的替代变化。缩短快速试验时间的主要方法:提高加载应力水平;最大正应力不变条件下,降低应力比值;对圆柱螺旋弹簧进行优化的二次喷丸处理等。给出快速疲劳试验的一般试验程序。     

基于nCode的无人机金属机翼结构疲劳分析

近年来,无人机的发展受到越来越多的关注,其主要部件机翼结构的疲劳分析对无人机的安全飞行起到十分重要的影响。该文通过对无人机机翼结构建模,然后采用流固耦合的方法在ANSYS Workbench中模拟计算出机翼正常飞行状态下的结构应力应变分布和形变情况,并使用应力疲劳分析理论,将机翼强度运算结果结合材料S-N曲线在nCode疲劳分析软件中计算分析该无人机机翼的损伤和疲劳寿命。结果表明,该无人机机翼疲劳寿命的最小值和损伤的最大值都出现在主翼梁与机身连接的根部,为后续无人机机翼结构疲劳设计提供另一种参考方法。     

剪叉式高空作业平台剪叉臂疲劳寿命分析及预测

疲劳破坏是剪叉式高空作业平台剪叉臂的主要失效形式之一。用有限元分析软件建立剪叉臂的有限元模型,对其进行静力强度分析,得出剪叉臂在服役中的应力集中区域,再通过设置监测点测试剪叉臂不同位置处的应力状态。结果表明,在剪叉平台开始上升的初始时刻,剪叉臂最大应力发生在靠近油缸支耳下端铰接孔处,说明升降液压缸的驱动力对剪叉臂强度影响很大,且测试结果与仿真结果具有较好的一致性。通过名义应力法并结合材料的疲劳寿命曲线,对剪叉臂结构的疲劳寿命进行预测,为剪叉式高空作业平台的可靠性设计和结构优化提供依据。     

影响疲劳裂纹扩展的几个因素

对含裂纹的构件,da/dN-△K曲线是度量材料疲劳裂纹扩展性能的基本曲线,并用于估算构件的疲劳裂纹扩展寿命。应力强度因子幅度△K,是控制疲劳裂纹扩展速率da/dN的最主要因素。除了应力强度因子幅度△K外,循环应力比R或者平均应力、加载频率、环境等其它因素也有不可忽视的影响。     

一种角磨机转子轴疲劳寿命及可靠性研究

对一种角磨机转子轴在极端载荷条件工作时的疲劳寿命及可靠性进行了仿真研究。采用Creo建立有限元分析模型,导入ANSYS Workbench对转子轴各个危险截面进行应力分析;采用线性疲劳损伤理论,输入材料40 Cr的S-N寿命曲线,基于疲劳分析模块Fatigue tools对转子轴进行疲劳寿命预测;采用正态概率密度函数为疲劳可靠性的密度函数,进行疲劳可靠性分析;基于模态进行了谐响应分析。结果表明:最大应力部位及危险部位位于转子轴输出端轴承端面过渡圆弧区域,最大应力为226.19 MPa,疲劳寿命约为1.8×10~9周次,可靠度为99.42%,转子轴的静强度、疲劳寿命均满足设计要求,可靠性高及谐响应引起的振幅极不显著。     

扬克烘缸筒体材料不均匀性及其几何特性对疲劳强度的影响

扬克烘缸筒体在动、静载荷的联合作用下产生应力。对实际扬克烘缸几何特性不同的试样进行试验,用以确定各种不均匀性对疲劳强度的影响。结果表明,单个镶嵌塞使疲劳强度下降13～18％。在一条直线上有4个镶嵌塞,则使疲劳强度下降约40％。对含一个被切槽的加强筋的试样进行试验,疲劳强度下降21％。所有这些数字与横截面总面积密切相关,而且疲劳强度的下降尚不计材料本身的不均匀性的影响。应用这些数据可以推导出疲劳槽系数。研究结果有助于精确地确定扬克烘缸的安全运行条件扬克烘缸筒体是一种高应力机械部件,在静载荷和动载荷的双重作用下产生应力。应力计算实例表明,不论是光滑烘缸还是带加强筋的烘缸,筒体最大应办发生在缸体外层,处于缸体横截面的中间。可是,这种计算结果是名义应力,且仅对“均匀”的烘缸材料和“均匀”的几何要素有效。其实,实际上材料不均匀性是经常发生的,并使局部应力有所增加。利用这些自身不均匀性对疲劳强度影响的理论和实验成果,能够对这种烘缸可能发生的运行危险做出评价,也能够确定足够安全的运行条件,以期获得最大的干燥能力     

CRH2动车组拖车车轮滚动接触疲劳分析

滚动接触疲劳已成为车轮踏面及轮辋部位疲劳损伤主要方式之一,为研究CRH2拖车车轮踏面滚动接触疲劳裂纹萌生寿命,通过建立的集成轮对有限元三维模型,考虑了各部件之间的几何、多重过盈、滚动接触的复杂物理构成,利用课题组提出的二次多项式回归法建立踏面危险部位载荷谱-应力谱转化关系;基于最大剪应力方法,运用超长寿命结构疲劳可靠性法研究踏面滚动接触疲劳可靠性;该方法实现了踏面滚动接触疲劳应力的准确计算,分析得出:踏面滚动接触区域以下2.0mm深处在99%置信度和0.9999可靠度下,运行里程是3.29×103;揭示了车轮踏面根部为表面切削和磨耗损失,近基圆和外侧出现剥离,拖车车轮踏面滚动接触部位的影响深度为2.0mm。