基于42CrMo齿轮的弯曲疲劳试验研究

42CrMo属于超高强度钢,其具备较高的强度,材料淬透性能好,淬火后的变形量小,大量地应用于牵引用的大齿轮、承压主轴、连杆等传动件材料,弯曲疲劳试验对齿轮疲劳寿命预测具有重要意义。首先,通过齿轮弯曲疲劳试验,获得了应力比R=0.1时交变载荷作用下的齿轮弯曲疲劳试验数据,得到了齿轮弯曲疲劳强度P-S-N曲线和拟合曲线关系式,以及不同可靠度下齿轮所能承受弯曲的疲劳极限值。随后,采用有限元方法对齿轮弯曲疲劳试验进行了数值模拟,得到了齿轮齿根处的静力学强度和理论计算值对比,分析表明数值模拟所得结果与理论分析结果基本一致,可以作为弯曲疲劳试验疲劳寿命仿真的基础。最后,通过弯曲疲劳寿命试验试验值与数值模拟结果对比,结果表明,疲劳寿命试验值与可靠度在84.1%时数值模拟得到的弯曲疲劳寿命基本一致,验证了数值模拟的准确性,因此能够有效预测42CrMo齿轮的弯曲疲劳寿命。     

对2024铝合金疲劳裂纹扩展寿命进行预测

通过二维弹塑性有限元计算得到Ⅰ型静态裂纹在常幅疲劳载荷下裂纹尖端塑性应变能,进而获得裂纹尖端塑性应变能和应力强度因子幅值的非线性关系;根据能量平衡概念,建立了裂纹扩展速率与裂纹尖端塑性应变能的关系。由此得到一种基于裂纹尖端塑性应变能的疲劳裂纹扩展寿命预测模型,利用该模型预测了中心裂纹平板的疲劳裂纹扩展寿命,预测结果与试验值吻合得很好。     

考虑损伤累积的铝合金轮毂疲劳寿命预测及试验研究

针对铝合金轮毂的疲劳寿命预测问题,提出考虑损伤累积的轮毂疲劳寿命预测模型并进行试验研究。建立了轮毂在弯曲疲劳试验、径向疲劳试验的有限元模型,通过仿真分析研究了轮毂的主要失效模式;采用名义应力法分别建立了轮毂材料S-N曲线、零件S-N曲线,并利用莫罗直线对轮毂承受的非对称循环载荷进行平均应力修正;考虑轮毂的旋转过程,采用线性累积损伤理论构建了轮毂疲劳寿命预测理论模型。以某型号铝合金轮毂为例,采用理论模型计算得到轮毂的寿命为44.82万转,与弯曲疲劳试验给出的疲劳寿命47.33万转相比,误差约为5.6%,验证了疲劳寿命预测理论模型的有效性。     

圆柱齿轮低载强化试验研究

采用实物物理试验的方法,研究了某轿车倒挡圆柱齿轮在低幅载荷作用下轮齿弯曲疲劳强度和疲劳寿命的强化特性,证实了低幅应力内存在一个强化载荷区域和最佳强化次数。经过低幅载荷强化,该齿轮轮齿的弯曲疲劳强度提高了3.97%,弯曲疲劳寿命提高了109%。在试验结果的基础上,得到了该齿轮轮齿弯曲疲劳强度、弯曲疲劳寿命随低载强化次数和强化载荷变化的函数关系。     

不同控制模式下316L不锈钢的高温疲劳变形行为及寿命预测

在550℃下对核电用316L不锈钢进行应变控制(应变幅在0.3%～1.2%)、应力控制(应力幅在230～300 MPa)低周疲劳试验和应变控制蠕变疲劳试验(3种波形,拉伸保载60,180,600 s,压缩保载60,180 s,拉压对称保载180 s),通过疲劳寿命、循环响应特征和应力-应变滞回曲线分析了不同控制模式下试验钢的疲劳变形行为;构建疲劳寿命预测模型,评估了Manson-Coffin-Basquin模型、SWT模型和能量法模型对不同控制模式下试验钢疲劳寿命的预测能力。结果表明：在不同控制模式的疲劳循环载荷下,316L不锈钢的循环应力响应均包括循环硬化、循环软化和失效断裂3个阶段;在低周疲劳试验中,疲劳寿命随应变幅或应力幅的增大而缩短;在蠕变疲劳试验中,疲劳寿命随拉伸保载时间的延长而缩短,随压缩保载时间的延长而增大,这与动态应变时效和蠕变对疲劳损伤的综合作用有关;在相同保载时间下,压缩保载下的疲劳寿命比拉伸保载下的短,这与不同加载方向引起的氧化层致裂机制有关。能量法模型对316L不锈钢在不同控制模式下的疲劳寿命预测精度最高,预测精度在1.5倍误差带以内,Manson-Coffin...     

变幅载荷下填充型天然橡胶疲劳试验与预测方法研究

以填充天然橡胶哑铃型圆柱试件为研究对象,进行不同应变比R与变幅载荷下的单轴疲劳试验,并分析变幅载荷对疲劳寿命的影响。以应变幅值为损伤参量,建立基于应变比R=0的等效应变幅值统一疲劳寿命预测模型,利用该模型预测所有应变比工况下的疲劳寿命,其预测值与实测寿命的偏差在2倍分散因子以内;对不同应变比R、载荷水平、加载顺序与停顿时间等变幅载荷下的疲劳寿命进行单轴疲劳试验,基于Miner线性损伤法则预测变幅载荷下的疲劳寿命,和实测寿命相比其偏差都落在2倍分散因子以内;对哑铃型试件进行随机载荷疲劳试验,通过雨流统计和不同应变比R下的统一疲劳寿命预测模型计算其总寿命,预测结果和实测结果最大误差在34%以内。验证了Miner线性损伤法则在填充型天然橡胶疲劳寿命预测中的普适性,所建立的不同应变比R下的等效应变幅值统一疲劳寿命预测模型可用于橡胶隔振器的前期耐久评估。     

2A12航空铝合金多轴疲劳试验及应力准则寿命预测模型研究

针对多轴疲劳失效问题,选取2A12航空铝合金进行应力幅比变量、相位差变量和平均应力变量的多轴疲劳试验。对常用的3种多轴疲劳应力准则寿命预测模型（即Lee准则、Carpinteri准则和Sines准则）进行讨论,并通过引入应力幅比参量和相位差参量,提出基于Carpinteri准则的修正模型。将不同条件下2A12航空铝合金的试验寿命与不同应力准则下模型的预测寿命进行比较,结果表明：Lee准则对上述多轴疲劳试验的预测结果过于危险;Carpinteri准则和Sines准则由于未考虑拉-扭应力幅比和相位差因素,预测寿命与实际寿命相比均出现了较大偏差;修正后的应力准则寿命预测模型在不同条件下90%的寿命预测数据在两倍误差带内。     

一种考虑材料损伤的低循环疲劳寿命预测方法

为了更加精确地预测材料的低循环疲劳寿命,对三参数幂函数公式和拉伸滞后能寿命模型进行研究,提出了基于三参数幂函数的损伤能寿命预测模型。分别利用该模型和Manson-Coffin公式对高温合金、钛合金及结构钢等多种材料的低周疲劳试验数据进行拟合并将其分析结果进行对比;根据GH4133合金250℃时的低循环疲劳试验数据,建立了该条件下材料的循环应力-应变曲线和损伤能寿命预测模型,同时对曲线及模型进行验证。结果表明:建立的循环应力-应变曲线能够正确反映该条件下材料的应力与应变之间的关系;所提出的损伤能寿命预测模型对12种材料的低周疲劳试验数据的拟合效果较好,寿命预测精度明显高于Manson-Coffin公式。     

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。对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不锈钢和S45C钢材料的多轴疲劳试验数据对该模型及其他几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,所建立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。     

复合材料层压板疲劳模量模型及寿命估算

提出基于单向板单轴疲劳试验数据预测层压板疲劳寿命的模型.采用疲劳模量构造典型应力比下的寿命曲线和损伤函数,利用等寿命曲线求出任意应力比下的疲劳寿命,引入复合累积损伤变量计算单向板多轴循环应力下的疲劳寿命;层压板的疲劳寿命预测以单向板多轴疲劳寿命为基础,通过层压板应力分析、失效分析和材料性能退化的循环迭代过程计算寿命;编写层压板疲劳寿命计算程序,寿命预测结果与试验结果吻合良好.     

P92钢的高温低周疲劳行为及寿命预测

采用RPL50型动蠕变试验机对P92钢进行630℃和不同应变幅下的低周疲劳试验,研究了P92钢的高温低周疲劳行为;基于塑性应变能密度与硬度、应力幅和低周疲劳寿命的关系,采用基于能量的硬度法对其低周疲劳寿命进行预测,并与试验结果进行对比。结果表明:P92钢是一种循环软化材料,其初始归一化应力幅随应变幅的增加而增加,且不同应变幅下的归一化应力幅均随循环周次的增加而降低;随着应变幅的增加,弹性应变幅保持稳定,塑性应变幅近似线性增加,软化率也相应增加,并最终稳定在0.3左右;硬度与应变幅满足良好的线性关系;基于能量的硬度法可以较准确地预测P92钢在630℃时的高温低周疲劳寿命,计算得到的预测寿命均位于试验寿命的±1.5倍标准偏差内。     

022Cr17Ni12Mo2不锈钢疲劳特性研究

针对022Cr17Ni12Mo2不锈钢进行了拉伸试验和疲劳试验。该材料在拉伸时没有明显的屈服平台,具有良好的塑性。进行了一系列应力比R=0的单轴应力控制疲劳试验,得到了各条件下循环应力—应变关系和应力幅—寿命关系,结果表明,随着应力幅值的增加,寿命明显降低,各条件下均产生了循环附加硬化。采用Basquin法、Coffin-Manson方法(SMC)进行了疲劳寿命预测,并采用几个统计特征参量对两模型的预测能力进行对比分析,对比分析表明Basquin法预测结果较好。     

轮盘低周疲劳寿命预测的一种新方法

低循环疲劳失效是轮盘失效的主要形式。为了找到更加精确可靠地预测轮盘低周疲劳寿命的方法,基于三参数幂函数公式,提出了描述Walker等效应变参量与疲劳寿命关系的修正寿命预测模型。应用修正寿命预测模型对1Cr11Ni2W2Mo V、GH4133、TC4及TC11合金材料不同条件下的低周疲劳试验数据进行模拟,发现拟合曲线能够很好地描述Walker等效应变与寿命之间的关系,寿命预测点全部位于2倍分散带内。采用不同方法对高压压气机I级盘60℃下的寿命进行预测,并将预测结果与轮盘试验值进行比较。结果表明:修正模型的预测寿命值为1 048,与试验值1 340相近,相对误差仅为-21.8%,预测精度明显高于另外三种模型,并且修正模型能够考虑平均应力的变化对疲劳寿命所产生的影响,可为发动机轮盘的低周疲劳寿命预测提供参考方法。     

基于Hull-Rimmer理论的应变强化奥氏体不锈钢高温疲劳寿命预测方法

以S31603奥氏体不锈钢材料为研究对象,开展应力控制下的高温疲劳试验,获得固溶态和经不同应变强化量预处理的S31603奥氏体不锈钢高温疲劳寿命试验数据。基于Hull-Rimmer空洞长大理论,建立适用于应力控制下的材料疲劳寿命预测模型,并对固溶态和应变强化态S31603奥氏体不锈钢进行寿命预测,预测结果与试验值吻合较好。在此基础上,结合不同应变强化量下材料的疲劳寿命变化趋势,进一步建立耦合应变强化预处理量的材料疲劳寿命预测模型。与实测寿命相比,预测寿命位于±1.5倍误差带之内,预测效果良好。建立的高温应力控制下的材料疲劳寿命预测模型形式简洁且具有清晰明确的物理意义,可用于应力加载下金属材料的高温疲劳寿命预测。     

压力容器焊接接头疲劳裂纹萌生寿命的探讨

对16MnR焊接接头进行了控制应变幅条件下的疲劳试验，获得其疲劳特性参数以及恒应变幅载荷下的疲劳一寿命关系，建立了焊接接头低周疲劳寿命曲线方程。并将试验结果同局部应力应变法计算的结果进行了比较，为该焊接接头应变疲劳提供了理论依据。     

汽车车轮疲劳寿命预测方法的研究

根据疲劳寿命预测理论 ,建立 14× 5 .5J车轮受力危险点的疲劳寿命曲线。以车轮弯曲疲劳试验和有限元分析数据为基本参数 ,采用名义应力法和局部应力—应变法中的莫罗修正公式和史密斯修正公式 ,对 14× 5 .5J车轮分别在等幅载荷和载荷谱作用下进行疲劳寿命预测。运用可靠性理论 ,分别对等幅载荷和载荷谱作用下计算出来的疲劳寿命进行可靠度分析。结果表明 ,名义应力法和史密斯修正公式预测汽车车轮疲劳寿命具有较高的可靠性     

平均应力对50钢超高周疲劳性能的影响

为了进一步拓宽超声疲劳试验的研究范围,对50钢进行了含有平均应力的三点弯曲和非对称拉压疲劳性能试验,得到相应的疲劳,S-N曲线,研究了平均应力对其超高周疲劳性能的影响。结果表明：超声频率加载下平均应力对50钢疲劳性能有显著影响,在应力幅相同的情况下,随着平均应力的增大,疲劳寿命降低;常规疲劳用于描述平均应力影响的Morrow关系仍能描述超声频率加载下高周疲劳（〈10^7周次）范围内拉伸平均应力对50钢疲劳性能的影响,但是不能用来描述超高周范围内拉伸平均应力和弯曲平均应力对疲劳性能的影响;常规疲劳用于描述平均应力影响的Goodman模型仍能很好地描述超声频率加载下一定寿命的应力幅值和平均应力的配合。     

一种多轴载荷下的疲劳寿命预测模型

提出了一种多轴疲劳载荷下的疲劳寿命预测模型,该模型运用Von mises等效应力应变之间的关系,将单轴Manson~Coffin方程的寿命预测模型转化为多轴疲劳应力~寿命预测模型。以2A12铝合金为分析研究对象,依据相关的经验公式以及运用有限元仿真方法得出寿命预测模型的相关常数,从而获得寿命预测曲线。通过和实验结果比较可知,所提出的多轴寿命预测模型具有较好的预测精度,能有效的预测多轴载荷下的疲劳寿命。     

拉—拉变幅载荷下45钢缺口件疲劳寿命分布的预测及其验证

根据预测模型。采用旋转弯曲得到的带存活率的疲劳寿命表达式和Miner法则,对给定多级拉-拉变幅载荷谱下的正火45钢缺口件变幅载荷下疲劳寿命下疲劳寿命和累积疲劳损伤临界值的分布进行预测,并通过拉-拉变幅载荷疲劳试验进行了验证,结果表明：45钢缺口件在多级拉-拉变幅载荷下的疲劳寿命和累积疲劳损伤临界值的预测值与试验值均近似服从对数正态分布,且两者符合很好。因此,此预测模型可应用于恒、变幅疲劳加载方式不同的疲劳试验结果预测。     

少片变截面钢板弹簧的疲劳寿命计算分析

根据少片变截面钢板弹簧每一片在自由状态下的几何尺寸,利用UG软件建立各片的三维模型并进行装配.在HyperMesh中采用映射法进行单元划分,同时考虑片间的非线性接触,建立钢板弹簧总成的有限元模型.根据钢板弹簧试验工况,计算得到该工况下的应力循环,利用其S-N曲线,基于Miner线性累计损伤准则计算其疲劳寿命.疲劳寿命的计算值与试验值相当接近,验证了模型的建立以及计算过程的正确性.