激振频率对裂纹梁系统振动特性的影响

用ZK-4VIC型振动与控制实验台和ZK-1型电动式激振器分别对相同的Q235裂纹梁系统加载大小相同频率不同的简谐激振力(F=1.12N,w=17Hz、19Hz、21Hz、23Hz),对裂纹梁的振动疲劳过程进行模拟。记录实验过程中裂纹梁的振动幅值随时间变化的趋势,分析在不同激振频率的激振力作用下,疲劳裂纹对裂纹梁振动特性的影响。结果表明:加载简谐激振力的激振频率与固有频率的关系对裂纹梁系统的振幅变化影响显著;裂纹产生后,刚性系统受裂纹的影响大于柔性系统受裂纹的影响,寿命较短;刚性系统比柔性系统更容易从振动变化上发现裂纹故障的存在。     

大型动调轴流风机动叶角度对动应力的影响研究

动叶角度调节是提高风机效率的有效手段,但其对叶片的动应力有重要的影响,若调节不当,将会危及风机的安全运行。本文研究了某大型矿井用动叶可调轴流风机叶片在不同动叶角度下,叶片所受气流激振力特性,以及在气流激振作用下叶片的动应力。结果表明随着动叶角度增加,叶片所受气流激振力不断增大,叶片所受动应力以及振动响应值不断增加,在叶片排气侧70%叶高处出现明显的高应力区域。大角度下叶片动应力为小角度下的47倍,叶片振动幅值剧烈增加,长期在大角度下运行会导致叶片出现高周疲劳破坏。计算所得高应力区域与实际叶片破坏位置一致。因此,动调叶片在设计过程中需考虑动叶角度对叶片强度及寿命的影响,采用叶片动态监测是确保叶片可靠安全高效运行的重要保障。     

直齿轮弯曲疲劳裂纹的扩展行为预测与分析

以渐开线圆柱齿轮为研究对象,在其齿根部存在初始裂纹的前提下,研究齿根疲劳裂纹扩展特性及其寿命;将齿轮啮合过程的动力学计算等效为多个啮合位置的静力分析,得到不同位置的应力强度因子;根据线弹性断裂力学,将裂纹扩展过程线性等效,以K判据分析裂纹是否发生扩展,根据Paris准则计算裂纹扩展量,采用最大周向应力准则确定裂纹扩展角度,得到整个计算周期的应力强度因子、疲劳裂纹扩展路径及疲劳寿命;采用高频试验台对齿轮进行疲劳试验,得到齿轮的疲劳扩展路径,与有限元计算结果进行对比验证;最后分别分析了初始裂纹的尺度、位置和载荷的不同对疲劳裂纹的扩展及疲劳寿命的影响。     

基于局部应力应变场强法的结构声疲劳寿命估算

针对带有缺口薄壁结构的声疲劳寿命估算问题,研究了基于局部应力应变场强的缺口结构随机疲劳寿命估算方法。该方法能同时考虑局部应力应变梯度和多轴应力应变对疲劳损伤的影响。以薄壁开孔柱壳结构为对象,在声激振响应分析基础上,计算出孔边局部位置处的应变场强谱,并估算出疲劳寿命。对比分析表明,该方法对带有缺口薄壁结构声疲劳寿命估算具有可行性。     

基于临界面法的高强度铸造铝合金微动疲劳特性研究

用ANSYS对高强度铸造铝合金的微动疲劳特性进行仿真模拟,得到接触面上的应力、应变分布规律;基于SWT临界面法预测微动裂纹的萌生位置,用实验值拟合得到微动疲劳寿命预测参数并用临界面法预测微动疲劳寿命。结果表明:在法向夹紧力不变时,微动疲劳寿命会随着轴向力的增大而减小,且轴向力存在一个临界值,超过这个临界值,构件寿命会急剧下降。在HYS-100型微动疲劳试验机上对高强度铸造铝合金的微动裂纹萌生位置及寿命进行实验验证。结果表明,SWT临界面法预测裂纹萌生位置与试件实际断裂位置一致,预测寿命与实际寿命在误差允许范围内。     

高强度铸造铝合金微动疲劳特性研究

用ANSYS对高强度铸造铝合金的微动疲劳特性进行仿真模拟,得到接触面上的应力、应变分布规律;基于SWT临界面法预测微动裂纹的萌生位置,用实验值拟合得到微动疲劳寿命预测参数并用临界面法预测微动疲劳寿命。结果表明：在法向夹紧力不变时,微动疲劳寿命会随着轴向力的增大而减小,且轴向力存在一个临界值,超过这个临界值,构件寿命会急剧下降。在HYS 100型微动疲劳试验机上对高强度铸造铝合金的微动裂纹萌生位置及寿命进行实验验证。结果表明,SWT临界面法预测裂纹萌生位置与试件实际断裂位置一致,预测寿命与实际寿命在误差允许范围内。     

振动水平圆干燥机的动态分析

针对DZ-22型振动水平圆干燥机在实际使用中干燥机底板受到周期性变化的激振力作用易产生疲劳破坏的问题,利用有限元分析软件AN SY S对干燥机的整体进行了动态的应力、应变分析,得出应力和应变分布的变化图形和动载下的位移变化图形,并找出了易出现裂纹的位置,分析容易造成裂纹的原因。这为干燥机的设计提供了理论依据。     

裂纹源位置对6005A铝合金挤压型材高周疲劳寿命的影响

通过高周疲劳试验研究了裂纹源位置对6005A-T6铝合金挤压型材高周疲劳寿命的影响。结果表明:6005A-T6铝合金挤压型材在应力比0.1下的中值疲劳强度为164.5 MPa,疲劳强度较高,但疲劳寿命分布较分散;在最大应力200 MPa条件下,具有不同疲劳寿命试样的疲劳裂纹源区的面积较小,疲劳裂纹扩展区均由疲劳条带和二次裂纹组成,瞬断区的面积较大,均由孔洞和韧窝组成;在相同最大应力下疲劳寿命存在差异的原因在于疲劳裂纹源位置的不同,在最大应力为200 MPa条件下,疲劳裂纹源位于孔洞缺陷处试样的疲劳寿命最长,比疲劳裂纹源位于氧化夹杂物处试样的疲劳寿命延长一个数量级,疲劳裂纹源位于Al7(Cr Fe)第二相颗粒处试样的疲劳寿命居于二者之间。     

非典型气动荷载下压缩机叶轮疲劳强度分析

针对气动激励下压缩机叶轮疲劳破坏问题,研究气动激振力的频域特性以及叶轮共振特性,提出相应的叶轮疲劳强度校核及失效分析方法。对某离心压缩机叶轮非定常气动荷载计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)计算结果进行傅里叶变换,获得其频率、幅值与相位特征,重点分析气动激振荷载在相邻叶片间的相位关系。对于在相邻叶片间相位差循环对称分布的典型荷载分量,通过干涉图确定叶轮的共振模态,对于相位差非循环对称分布的非典型荷载分量,通过激振频率下叶轮动应力在各节径的分布情况确定叶轮的共振模态。基于叶轮静应力和共振动应力计算结果进行疲劳分析。结果表明,计算预测的疲劳破坏位置与实际发生疲劳裂纹位置相吻合,相位差非循环对称分布的非典型气动荷载激起叶轮零节径的共振是引起叶轮疲劳失效的主要原因。     

含多条裂纹梁的模态与振动疲劳寿命分析

基于Paris公式,提出了一种含多条裂纹梁疲劳寿命预估的方法。在模态分析中,基于传递矩阵方法,利用无质量的弯曲弹簧等效裂纹,提出一种求解含有多条裂纹梁固有振型的方法,分析裂纹数目、裂纹位置、裂纹深度对裂纹梁固有频率的影响。在振动疲劳分析中,研究了在简谐激励作用下裂纹数目对裂纹尖端应力强度因子的影响。通过Paris疲劳裂纹扩展方程和同步分析法,考虑裂纹梁振动与裂纹扩展的相互作用,分析了裂纹数目和裂纹位置对裂纹梁疲劳寿命的影响。结果表明,裂纹数量、裂纹位置和深度对梁的模态参数和疲劳寿命有重要影响。     

铝合金铆接件疲劳损伤的影响因素分析

铆接在航空等结构中的应用非常广泛,而疲劳损伤是影响其使用寿命的主要因素。在铆接件疲劳试验基础上,以有限元软件ANSYS Workbench为平台,分析了铆接件模型的应力状态,研究了铆钉排列位置、接触面摩擦系数、过盈量对构件应力场分布的影响,预测了疲劳裂纹可能萌生的位置;其研究结果为铆接件的抗疲劳设计提供参考。     

Maximum principal tensile stress and fatigue crack origin for compression springs

Contrary to the traditional concepts, for helical compression springs with a large coil radius to wire radius ratio, the most highly stressed region is at the outer surface of the helix rather than inside. The likely fatigue crack origin is also located on the outer surface of the helix where the maximum amplitude of the principal tensile stress was calculated during cyclic loading. An equation is proposed for the maximum tensile stress from loading of a helical spring, and a method is presented to calculate the likely fatigue crack origin. It is demonstrated that for high-stressed springs, fatigue design should be based on the range of the maximum principal tensile stress. The influence of the shot peening on the location of the fatigue crack origin is also investigated.     

基于断裂力学的DAS组合密封圈疲劳寿命预测

基于断裂力学理论，推导撕裂能与疲劳裂纹扩展速率间的函数关系式，将复杂的多方向应力转化为单轴等效应力，建立丁腈橡胶疲劳寿命预测模型。选用Mooney Rivlin本构模型来表征丁腈橡胶超弹性力学行为，在简化DAS组合密封圈结构后建立有限元模型，并通过计算应力分布确定危险单元位置。通过拟合拉伸试验数据得出应力应变关系，采用数值分析方法计算撕裂能变化量，并预测裂纹萌生位置与疲劳寿命。结果表明，DAS组合密封圈的危险单元位置在密封圈接近右侧密封槽倒角处。仿真软件预测的危险单元位置和疲劳寿命与理论计算结果一致，验证理论计算结果的正确性。     

超高强度钢十亿周疲劳研究

利用20kHz压电超声疲劳试验技术，对六种抗拉强度高于1500MPa的低合金钢进行测试。结果表明，这些材料并不存在传统规范中所谓的“疲劳极限”，它们在超过10^7，甚至10^9应力循环后仍然继续发生破坏，而且其S－N曲线表现出“阶梯”型特征。研究还发现，这些材料都存在一个分界应力幅值区间（或应力循环数区间，大约在10^6到10^7的平台内），裂纹萌生由试件表面向其内部转换。实验证明了十亿周级超高周疲劳裂纹由试件内部萌生的机理。     

疲劳门槛值统一理论模型的比较及验证

针对应力比对疲劳裂纹扩展及门槛值的影响，依据裂纹闭合与裂纹扩展驱动力机制的统一思想，阐述了Zhu-Xuan模型与Kwofie-Zhu模型的建立过程，并基于25Cr2Ni2MoV转子钢焊接接头的疲劳裂纹扩展试验数据对模型进行验证。结果表明，两种模型在近门槛值区和Paris区均有良好的预测效果，其中Zhu-Xuan模型形式简单，对CrMoV钢具有普适性，预测门槛值的误差在10%以内，而Kwofie-Zhu模型预测结果更准确，但应用过程涉及参数求解，过程较复杂。研究认为，裂纹闭合与扩展驱动力机制的统一模型描述疲劳裂纹扩展行为的应力比相关性是合理可行的，且具有较好精度。     

疲劳裂纹扩展影响因素研究综述

文中通过介绍疲劳裂纹扩展的规律,指出了疲劳裂纹扩展的研究途径。残余应力、超载、温度、加载频率和应力比是影响疲劳裂纹扩展的主要因素。发展相关理论和方法,正确认识影响机理,科学预测疲劳裂纹扩展行为一直是研究者关注的问题。文中介绍了近年来残余应力、超载、温度、加载频率和应力比对材料疲劳裂纹扩展的影响机理方面的研究,论述了其影响效果,得出了常用结论。     

弯矩作用下钢轨滚动疲劳裂纹扩展行为研究

在JD-1轮轨模拟试验机上,通过设计模拟小轮的结构,对钢轨试样在弯矩作用下的裂纹扩展行为进行研究.试验结果表明:裂纹一般在应力集中处萌生,当裂纹扩展到一定程度后容易产生变向甚至分叉;在其他参数相同的情况下,预制裂纹尺寸对疲劳裂纹扩展有较大影响,预制裂纹较宽时裂纹扩展速率明显加快.     

动力学环境下含裂纹板力学性能分析与试验

通过试验探讨了平板弯曲问题中裂纹长度和位置对结构固有频率的影响;加载频 率对裂纹扩展速率的影响;在振动环境中裂纹扩展速率ｄａ／ｄＮ与应力强度因子幅 △Ｋ的关系。利用细长菱形裂缝处理裂纹,求解裂纹对结构固有频率影响。实现了板弯 裂纹扩展和频率测试试验,得到了有意义的数据。分析结果与试验结构吻合较好。     

Numerical studies on crack growth in a steel tubular T-joint

The results of a numerical investigation on fatigue crack growth of an offshore tubular T-joint under the action of axial, in-plane and out-of-plane bending loads are presented in this paper. Extensive stress analysis has been carried out to determine the location of the hot spot stress along the brace—chord intersection for each load case. Semi-elliptical cracks with varying crack lengths and crack depths were introduced at the hot spot location by means of line spring elements for stress intensity factor evaluation. The line springs were properly constrained to prevent the problem of crack surface penetration. The stress intensity factors obtained are then used in a crack growth law for life estimation.     

恒幅和单峰超载疲劳裂纹尖端区域残余应力场的数值模拟

采用弹塑性有限元方法,对恒幅及不同超载比的单峰超载作用下的裂纹扩展进行有限元模拟.通过模拟得到的裂纹扩展过程中裂尖塑性区及应力(残余应力)场分析产生裂纹闭合的原因以及对裂纹扩展的影响.结果表明,从残余应力角度分析裂纹扩展是可行的,为建立基于残余应力的裂纹扩展模型提供分析基础.