桥门式起重机金属结构的疲劳可靠性设计

根据起重机设计规范ＧＢ３８１１一８３和郑州机械研究所的试验数据，按疲劳寿命服从对数正态分布假设，本文提出了桥门式起重机金属结构疲劳可靠性设计方法，并有效地应用于实例计算中。     

高速接触线动态疲劳可靠性研究

接触线在实际运营中长期受到受电弓的冲击,易发生疲劳破坏,对其疲劳可靠性分析具有重要意义,为解决实际统计数据匮乏的问题,提出了一种基于弓网动态仿真的接触线疲劳可靠性评估方法。采用威布尔分布来描述接触线的疲劳寿命,结合其S-N曲线,通过推导建立了接触线疲劳可靠性与使用寿命和应力循环的关系;基于模态分解法建立高速弓网动力学模型,计算接触线最薄弱单元的应力时程;利用雨流计数法统计出每个应力循环的均值和幅值,带入可靠性模型中,绘制接触线疲劳可靠性曲线,并研究了接触线预张力的变化对接触线可靠性的影响。算例中,当使用时间超过9年时,接触线疲劳可靠性将会低于0.98,预张力的增大会导致接触线可靠性的下降。     

确定有限疲劳可靠性数据良好假设分布的一种统一方法

拓展疲劳寿命数据分析方法到循环应力幅数据和短裂纹扩展率数据分析,综合考虑总体拟合效果,与疲劳失效机制的一致性和设计结果的安全性3要素,提出从7种常用统计分布中确定有限疲劳可靠性数据良好假设分布的统一方法。给出了7种常用统计分布参量估计与统计推断技术以及评价3要素的技术。16Mn钢,Q235钢和1Cr18Ni9Ti钢焊接头疲劳寿命数据及循环应力幅数据和短裂纹扩展率数据的分析结果表明,在有限数据条件下,极大值分布和对数正态分布是疲劳寿命的良好假设分布,极小值分布和正态分布是裂纹扩展率和循环应力幅的良好假设分布。     

起重机焊接箱形主梁时变可靠性分析

以起重机焊接箱形主梁为对象,视疲劳强度与疲劳载荷为随机过程,建立焊接箱形主梁动态可靠性分析方法,运用MonteCarlo模拟方法,对时变可靠性指标进行了数值模拟,得到其随时间变化的曲线。     

疲劳损伤累积理论的一种新表达方法

从疲劳损伤累积的Miner理论出发,定义了应力循环的一次循环的疲劳损伤量δ和零件的疲劳损伤累积强度K。据此二个定义,建立了一种疲劳损伤累积理论的新表达方法。在进行常规疲劳计算时,这个方法同Miner理论完全一样,但具有计算更方促的特点。在进行疲劳损伤累积可靠性计算时,可以很方便地进行等幅、变幅及随机变幅应力的疲劳损伤累积可靠性计算,解决了目前难于进行可靠度计算及可靠性寿命计算的问题。     

飞机结构耐久性严重谱下疲劳分散系数研究

疲劳分散系数是使用载荷谱下的飞机结构寿命可靠性指标,用于描述疲劳分析和试验结果的可靠度.军用飞机结构强度规范(GJB67.6-2008)规定,当采用平均谱进行耐久性分析时,分散系数一般取4,对应99.9％可靠度;而当采用严重谱进行分析时,分散系数在2～4之间,但具体值并未明确.参考了大量的相关资料,在载荷谱造成的疲劳损伤与结构临界损伤值均服从对数正态分布前提下,对疲劳分散系数进行理论推导,并结合疲劳试验寿命分散性研究结果,明确了耐久性严重谱下结构寿命的疲劳分散系数,为国内将耐久性严重谱应用于军机结构疲劳设计和全尺寸疲劳试验打下了基础.     

箱形梁焊接结构安全可靠性分析方法

根据概率损伤容限分析及可靠性理论，提出了一种基于箱形梁的焊接结构安全可靠性分析方法，给出了该类结构疲劳裂纹随机扩展过程中较普适的α—αc干涉模型和结构疲劳可靠性表达式。在给定与疲劳寿命有关的各参数条件下求得动态可靠性曲线，从而在箱形梁类的焊接结构设计中，可以很方便地根据可靠性要求，确定或选择设计参数，并在设备使用过程中按周期进行检查和维修。     

随机载荷下材料疲劳寿命可靠性分析的智能仿真系统

将疲劳累积损伤看作是非稳态过程,摒弃了能量均匀耗散及线性累积损伤理论假设,采用神经网络技术准确描述其与材料性能、载荷应力间复杂的非线性映射关系,真实描述了材料疲劳损伤过程;建立了疲劳失效动态准则,综合考虑了材料疲劳性能及载荷的随机性,能够正确反映两者的个体性能及相互关系。并运用离散事件仿真原因,构造了材料疲劳可靠性分析的智能仿真系统,用以准确地进行疲劳可靠性分析。经正火35钢随机载荷疲劳试验验证,其可靠性分析精度较高。     

基于双尺度调控的电主轴轴承预紧力优化方法

为研究复杂工况条件下运行激励引起高速电主轴轴承动力学变化对轴承预紧力的影响过程,建立了一种适用于全功能高变速域的高速电主轴角接触轴承预紧力、速度和疲劳寿命耦合优化模型.提出基于轴承疲劳寿命尺度和可靠性度尺度综合控制的轴承预紧力优化方法,构建考虑滚动体滑动、自旋转、陀螺运动的轴承动力学分析方法,研究轴承预紧力与轴承运行状态的动态定量映射关系,以高速电主轴运行过程中轴承疲劳寿命为优化目标,通过可靠性影响因子和疲劳寿命影响因子的双尺度调控,实现轴承预紧力动态优化分析.分析表明:速度激励条件下可通过预紧力动态优化来实现轴承动力学特性动态控制,采用疲劳寿命尺度和可靠度尺度综合调控,可实现轴承预紧力动态定量优化.     

基于双尺度调控的电主轴轴承预紧力优化方法

为研究复杂工况条件下运行激励引起高速电主轴轴承动力学变化对轴承预紧力的影响过程,建立了一种适用于全功能高变速域的高速电主轴角接触轴承预紧力、速度和疲劳寿命耦合优化模型.提出基于轴承疲劳寿命尺度和可靠性度尺度综合控制的轴承预紧力优化方法,构建考虑滚动体滑动、自旋转、陀螺运动的轴承动力学分析方法,研究轴承预紧力与轴承运行状态的动态定量映射关系,以高速电主轴运行过程中轴承疲劳寿命为优化目标,通过可靠性影响因子和疲劳寿命影响因子的双尺度调控,实现轴承预紧力动态优化分析.分析表明:速度激励条件下可通过预紧力动态优化来实现轴承动力学特性动态控制,采用疲劳寿命尺度和可靠度尺度综合调控,可实现轴承预紧力动态定量优化.     

起重机械疲劳断裂可靠性分析的新进展

在疲劳断裂可靠性经典算法的基础上,结合新的数学理论方法,重点分析起重机械疲劳断裂可靠性分析的新方法和新模型。本文主要讨论随机有限元法、基于神经网络的可靠性模型、基于支持向量机的可靠性模型、基于混合遗传算法的可靠性模型和应变疲劳可靠性模型。     

结构系统单元的疲劳可靠性估算

实际工程结构大多是由元件组成的结构系统，所以元件的疲劳可靠性分析应从系统角度加以考虑，即考虑系统中其他元件的影响。针对系统单元的疲劳可靠性问题，文中提出一种建立在一次二阶矩方法和随机有限元法基础上的估算方法。将结构具有的多个不确定因素，如材料、几何、载荷等，用基本随机变量表达。因单元疲劳可靠性分析的功能函数不能表达为基本随机变量的显式函数，故采用数值方法和随机有限元法求偏导。结合改进的一次二阶矩法对系统单元进行疲劳可靠性分析。为工程应用提供一种实用的估算方法。     

用随机无网格点插值法分析齿轮弯曲疲劳强度的可靠性

用摄动随机无网格点插值法（PSMPIM）分析了齿轮弯曲疲劳强度的可靠性。在无网格点插值法中，所求解问题的域由分布的节点表示；并且利用具有Delta函数性质的多项式进行节点插值，为此，很容易类似有限元法一样处理本质边界条件。同时利用摄动技术，建立了随机结构分析的摄动随机无网格点插值法。并应用随机无网格点插值法分析了齿轮弯曲疲劳强度的可靠性。数值实例表明在随机结构分析与可靠性计算方面随机无网格法具有明显的优势。     

随机风作用下风力发电机齿轮传动系统动载荷计算及统计分析

针对风力发电机齿轮传动系统在随机风作用下失效率高的问题,在模拟真实风速的基础上,建立考虑外部随机风载及内部齿轮时变啮合刚度、轴承时变刚度及综合传递误差等激励因素的风力发电机齿轮传动系统齿轮-轴承耦合动力学模型,通过对动力学模型进行仿真计算,得到各齿轮副的动态啮合力和各支承轴承的动态接触力。结合有限单元法和赫兹接触理论,得到关键零部件的应力时间历程,采用雨流计数法对应力时间历程进行统计分析,得到传动系统各关键零部件承受载荷的应力谱及概率分布函数。研究结果为风力发电机齿轮传动系统的动态可靠性分析和疲劳寿命预测奠定基础。     

结构动力学问题的可靠性分析

以提高复杂动态结构可靠性分析精度为主要目的，将概率分析方法与结构动力学研究相结合，应用三参数可靠性分析模型，运用摄动原理、概率有限元法和二次三阶矩法推导出概率结构特征值、动位移、动应力的数字特征及概率分布的计算表达式。在此基础上，以结构的材料性能参数为随机变量，计算了在动载荷状态下的圆盘的可靠度，并与Monte-Carlo法的计算结果进行了对比．结果表明所提出方法更加有效、简捷．     

柔顺机构的疲劳可靠性优化设计

基于伪刚体模型，以可靠度最大为目标，综合概率、疲劳和优化等学科的知识，给出了一种对柔顺机构进行优化设计的方法。建立了基于可靠性的随机变量优化问题的一般模型，分析了将概率约束条件转化为确定形式约束条件的方法；考虑柔顺元件的变形特性，计算了其随机疲劳强度、最大应力，分析了典型的约束形式；通过算例验证了该方法的正确性，结果表明，柔顺元件的可靠性对尺寸或材料特性等方面的变化比较敏感。     

关键几何尺寸对转子叶片疲劳可靠性的影响

基于改进的一次二阶矩法,利用线弹性随机有限元分析和局部应力应变法,考虑几何尺寸随机性进行转子叶片结构疲劳寿命可靠性的数值分析.根据榫头喉部关键尺寸的随机特性确定应力的统计特性,然后采用一种等概率方法,通过确定性数值计算得到叶片寿命的概率密度、均值和变异系数,讨论榫头喉部几何尺寸的随机性对危险点寿命可靠度的影响.     

基于随机故障序列的多态系统可靠性分析

针对系统中的部件具有多种失效模式的动态可靠性问题,利用随机故障序列对其进行可靠性建模及分析。以串联系统、并联系统等基本模型为例,建立基于随机故障序列的可靠性分析模型。利用Markov过程理论求解随机故障序列的发生概率,并以净化泵组为例,对其多状态动态可靠性进行分析。     

用Taylor展开随机无网格法分析齿轮弯曲疲劳强度的可靠性

这里用Taylor展开随机无网格点插值法(TSMPIM)分析了齿轮弯曲疲劳强度的可靠性。数值实例表明在随机结构分析与可靠性计算方面随机无网格法具有明显的优势。     

RESEARCH PROGRESS ON STRUCTURAL FATIGUE RELIABILITY DESIGN AND ANALYSIS METHODS OF CHINESE RAILWAY VEHICLES

A state-of-art review is given to the new advances on fatigue reliability design and analysis methods of Chinese railway vehicle's structures.First,the structures are subject to a complicated random fatigue stressing history and this history should be determined by combining dynamic simula- tion and on-line inspection.Second,the random fatigue constitutions belong to an intrinsic fatigue phenomenon and a probabilistic model is developed to well describe them with two measurements of survival probability and confidence,similar model is also presented for the random stress-life rela- tions and extrapolated appropriately into long fatigue life regime.Third,concept of the fatigue limit should be understood as the fatigue strength at a given fatigue life and a so-called local Basquin model method is proposed for measuring the random strengths.In addition,drawing and application methods of the Goodman-Smith diagram for integrally characterizing the random fatigue strengths are established in terms of ten kilometers.Fourth,a reliability stress-based method is constructed with a consideration of the random constitutive relations.These new advances form a new frame work for railway fatigue reliability design and analysis.