机械零部件疲劳载荷谱编制

本文研究了进行机械零部件疲劳试验所需的疲劳载荷谱的编制方法，研究了载荷谱的统计以及应力幅的威布尔分布的拟合方法，利用叉车门架载荷实测的数据，进行了门架疲劳载荷谱的编制，可用于门架的室内动态模拟加载试验。     

车身台架疲劳试验程序载荷谱研究

提出一种能简化加速车身台架疲劳试验的程序载荷谱编谱方法。基于试车场实测路谱准确获取车身连接点随机载荷谱,并简化为车身转矩载荷谱。应用雨流计数法和数理统计方法,得到均幅值载荷分布规律,其中均值服从正态分布,幅值服从威布尔分布;编制程序载荷谱并简化。应用有限元法和疲劳分析理论对车身疲劳寿命进行预测,从疲劳所用时间和行驶里程两个方面对危险部位寿命进行比较分析;结果表明,在车身连接点随机载荷谱和编制的程序载荷谱的作用下,车身的损伤分布及大小基本一致,验证程序载荷谱的有效性。所提出的编谱方法对其他车型的车身台架疲劳试验也有一定的应用和参考价值。     

高速受电弓上框架加速寿命试验载荷谱编制研究

以受电弓上框架为研究对象,提出一种适合受电弓部件的加速寿命试验载荷谱编制方法.首先,基于有限元方法建立弓网耦合动力学模型,应用多体动力学仿真计算得到上框架载荷谱;运用动应力分析方法,将上框架载荷时程数据转换为所关注焊接处的应力谱;同时,研究了应力谱振幅方法的统计特性,结果表明幅值服从威布尔分布,并运用参数法外推建立了八级一维加载谱;为便于实验台架作动器的加载,提出了载荷反推方法,通过台架实验的数据得到,对比加速谱的误差控制在6％以内.该方法可为受电弓各部件的疲劳寿命试验和寿命预测提供参考.     

小应力循环对C70_E型车体疲劳损伤的影响研究

在北京—成都铁路通用线路上做动应力测试试验,试验车组由一辆被测试的C70E型通用敞车和一辆搭载测试设备的NX70型通用平车组成。实测得到C70E型敞车车体疲劳关键部位的应力时间历程。为更准确地研究C70E型敞车车体的疲劳强度,对比分析编制应力谱时取舍应力循环的不同方法,设置不同取舍门槛值,采用雨流计数法将线路实测的时域信号转化为频域信号,编制应力谱。结合Miner线性累积损伤理论,对比分析不同门槛值求得的应力谱对应的疲劳损伤,结果表明小应力循环对车体疲劳损伤有影响。综合考虑结构强度分析的工作量和小应力循环对疲劳损伤的影响程度,以应力范围(最大应力幅值-最小应力幅值)的5%作为编制应力谱的取舍门槛值较为合理。对比各关键部位损伤值,得出车体相对比较薄弱的部位是靠近一位端侧的一位枕梁下盖板与中梁焊接部位和大横梁与侧梁焊接部位。估算C70E型敞车车体的疲劳寿命,满足650万km的设计和运行要求。     

轨道车辆结构动应力谱分布的估计

结构动应力分布的确定对结构疲劳强度评估和可靠性设计有重要意义,通常采用的动应力理论分布假设有威布尔分布、对数正态分布和截尾正态分布.实际计算表明,单一地利用以上任意一种分布都很难实现对实测一维动应力谱的有效拟合,根据实测轨道车辆动应力特征,利用数据统计处理方法,提出一种新的分布及其拟合方法,即对数正态分布和威布尔分布的组合分布,该种分布能够准确地描述动应力分布,对轨道车辆疲劳寿命估计有重大意义.     

威布尔分布随机载荷下风电机组行星轮系疲劳强度分析

为了快速准确地评估风电机组行星轮系疲劳寿命,根据行星轮系输入转矩与风速的分布关系,编制了不同风速下对应的二参数威布尔随机载荷谱,并用雨流计数法对载荷谱进行统计处理;在ANSYS中对行星轮轮系进行有限元分析,得到齿轮结构应力响应;依据Minner线性累积损伤理论,结合n Code Design Life对行星轮系进行疲劳寿命估算。着重分析了风电机组在启动风速、额定风速及年平均风速工况下的行星轮系疲劳寿命,获得各齿轮疲劳损伤状况,为风电机组行星轮系疲劳强度设计提供理论依据。     

装载机工作装置疲劳试验载荷谱编制方法

为研究装载机工作装置疲劳性能,提出了一种考虑分段载荷均值特性的工作装置疲劳试验程序载荷谱的编制方法,采集了4种典型物料铲装作业时工作装置的销轴载荷信号,并将销轴载荷转化为铲斗斗尖处的当量载荷。根据载荷特性,将每个作业周期分为空载行进、物料铲装、满载运输和物料卸载4段,完成了载荷的平稳性检验。采用雨流计数法分析各个作业段载荷的均幅值分布特性,结果表明：4个作业段的载荷均值服从正态分布,幅值服从三参数威布尔分布,且均值和幅值分布相互独立。对载荷进行频次外推和合成,并根据均幅值概率分布函数和波动中心法,编制了工作装置8级二维载荷谱和变均值疲劳试验程序加载谱。提出的载荷谱编制方法和结果可为装载机工作装置结构寿命预测及疲劳可靠性台架试验提供参考。     

高速列车转向架构架载荷特征及疲劳损伤评估

利用载荷标定方法制作轴箱弹簧力传感器和一系减振器力传感器,线路测试得到动车转向架构架的垂向载荷时间历程。结合车载GPS信号和陀螺仪信号,分析列车起动加速、高低速直线运行、线路曲线通过、电机扭矩波动、制动停车等典型工况下构架载荷的变化特征。采用有限元仿真分析的方法确定构架端部的疲劳危险区域及载荷与应力的传递关系,进而编制构架在轴箱弹簧载荷、一系减振器载荷和耦合载荷作用时的应力幅值谱,最后依据疲劳损伤线性累计准则计算得到构架的疲劳损伤分布。研究结果表明,与构架非动力侧相比,构架动力侧轴箱弹簧载荷受电机输出扭矩的影响较大,尤其在列车起动、制动、电机扭矩波动等工况载荷变化明显。在轴箱弹簧载荷和一系减振器载荷单独作用时,构架端部的应力较大位置分布基本一致,最大载荷-应力传递系数为6.56 MPa/kN。在耦合载荷作用下,构架端部各测点处的疲劳损伤值均高于轴箱弹簧载荷、一系减振器载荷的单独作用。列车由速度200km/h增大至350km/h时,构架一位侧疲劳危险点的累计损伤值由0.078增大至0.435,增大了约4.6倍。在同一速度级下,一系减振器载荷产生的疲劳损伤影响参数大于轴箱弹簧载荷。研究结果可为焊接构架的优化设计及仿真分析提供一定理论参考。     

装载机连杆载荷测试与载荷谱编制方法研究

为了研究装载机连杆载荷与疲劳可靠性试验所需载荷谱特性,提出一种连杆载荷测试与载荷谱编制方法。设计连杆力测试传感器,在大石方、黏土、砂子和小石方4种物料工况下进行连杆载荷测试试验。利用峰谷抽取和小波处理实现了实测数据的压缩编辑,通过雨流计数获得了合成工况下连杆载荷均值频次和幅值频次分别服从正态分布和三参数威布尔分布的拟合数学模型,且载荷均值分布和幅值分布相互独立,编制了连杆二维载荷谱和疲劳试验程序谱,为连杆结构疲劳可靠性分析提供依据。     

高速列车转向架构架损伤、等效应力及寿命分布特性研究

为分析高速列车转向架构架损伤、等效应力及寿命分布特性，对构架疲劳关键测点进行动应力线路实测并对测点实测时域数据波形进行解析；基于实测应力时间历程及雨流计数法编制二维应力谱，利用Goodman等寿命方程将二维应力谱等效转换为一维应力谱；阐述线性累积损伤及非线性累积损伤模型的建立方法并对实测数据的线性累积损伤及非线性累积损伤进行了计算及对比分析；分别基于线性累积损伤理论及非线性累积损伤理论推导出各理论下的等效应力，基于实测数据对两种等效应力进行了计算及对比分析；通过结合非线性累积损伤及线性累积损伤理论计算的等效应力及不同可靠度下的材料S-N曲线计算并对比分析构架结构的疲劳寿命。研究结果表明，与非线性疲劳分析理论相比，线性疲劳分析理论对高速列车转向架构架的疲劳特性评估偏于保守。     

重型燃气轮机叶片离心载荷下应力特性的研究

针对重型燃气轮机叶片疲劳寿命研究的需要,通过设计和搭建的全尺寸叶片疲劳试验装置,模拟离心载荷工况下的低周疲劳试验,开展离心载荷下叶片应力分布和疲劳寿命预测的研究。该全尺寸叶片疲劳试验装置能够模拟低周疲劳中的等效离心载荷工况,为叶片试验提供必要的条件和手段。同时,对叶片进行网格划分和有限元仿真计算后,得到叶片Von mises应力分布结果,发现叶身应力最大处位于中部偏下边缘薄壁侧。然后将有限元仿真及应力试验相结合,提出叶片疲劳试验的离心载荷等效方法。在此基础上完成叶片的动应力试验,获得应力时间历程数据,并且给出离心载荷应力谱。结果表明,叶身中部边缘的应力水平最高,动应力谱幅值与频数概率的分布服从6阶麦克劳林拟合函数,用等效离心载荷疲劳寿命进行叶片寿命预测的结果是偏安全的,该结论可作为优化设计和试验研究的参考依据。     

高速列车转向架应力谱分组方法研究

应力谱对结构疲劳强度评估和可靠性设计有着重要意义,为了准确评估结构的疲劳强度,通过某型高速动车组实际运营线路上的动应力测试试验,获取动力转向架构架疲劳关键部位的应力-时间历程,采用等距分组方法编制应力谱,结合Palmgren-Miner线性累积损伤理论,计算了不同分组数下应力谱的每公里疲劳损伤值,分析了不同分组数对疲劳损伤的影响规律。结果表明,分组数过少会引起疲劳损伤值的偏差,随着分组数的增加,计算的损伤值逐渐减小,并趋于定值,这是由动车组构架动应力小应力循环高度集中的特点引起的。同时提出了一种适用于构架结构应力谱的不等距分组方法,研究结果可为构架结构的设计提供依据。     

超高压管式反应器端部结构应力场的数值模拟

基于大型通用有限元软件ANSYS,对发生疲劳断裂的超高压管式反应器的端部结构进行数值模拟,分析了其在过盈套合、自增强处理以及服役期间开停工循环载荷三种工况下的局部应力场.结果表明:三种工况下,端部结构在过盈套合边缘局部范围内均存在较高的轴向拉应力,且大于环向应力;局部轴向应力随套合过盈量和自增强压力的增加而增大;半径过盈量为0.05 mm时,开停工循环载荷下的局部轴向平均应力最大值可达86.71 MPa,轴向交变应力幅值最大值达到62.2 MPa,裂纹垂直于轴向扩展的推动力较大.模拟分析结果对端部结构失效破坏原因的分析及其设计改进有一定的指导意义.     

一种新的高速列车动应力谱分布估计方法

为克服参数估计方法对动应力谱分布估计的局限,引入一种非参数估计方法--核密度估计法。为验证算法的有效性,选取标准正态分布函数进行验证,结果表明所得概率密度曲线与真实概率密度曲线吻合很好,同时也证明了数据组距的大小对核密度估计结果没有影响。将高速列车关键部位动应力实测数据进行数据处理,将得到的实测应力谱利用核密度法进行估计并推断,结果显示核密度估计的谱损伤曲线与实测谱损伤曲线的总体走势一致且前者的每级损伤值均略大于后者,这表明利用核密度估计方法对动应力谱的拟合估计有一定误差且略偏保守,然而这种保守的估计方法对于保证结构在运用时的安全却是十分有益的。     

可靠性设计在转轮疲劳强度设计中的应用

本文根据水电站现场测试双击武水轮机载荷时间历程,通过数据处理得到任一水头下载荷幅值概率分布函数。在数据处理中采用新的雨流计数学模型和三参数威布尔数学模型。文中以双击式水轮机为例提出在指定寿命下疲劳强度为正态分布、载荷幅值为威布尔分布时的疲劳强度可靠性的设计方法。     

疲劳裂纹扩展速率统计分析

将疲劳裂纹扩展速率分解为确定性趋势和随机涨落两部分，应用概率统计和随机数据处理方法分析了疲劳裂纹扩展速率的确定性趋势参数的统计分布和随机涨落数据的幅值特性，相关函数和功率谱密度函数，为疲劳裂纹扩展统计规律研究提供了依据。     

波形腹板钢箱组合梁竖向弯曲振动特性

综合考虑剪切变形、剪滞翘曲应力自平衡、转动惯量和腹板褶皱效应的影响，对组合箱梁上、下翼板和悬臂板设立2个不同的剪滞转角差函数，基于能量变分法和Hamilton原理建立该类结构的弹性控制微分方程和自然边界条件，获得相应广义位移的闭合解。通过模型实测值和ANSYS空间有限元值验证了该闭合解的可靠性，并分析了宽跨比对组合箱梁竖向弯曲振动特性的影响。研究结果表明：与剪力滞效应相比，剪切变形对组合箱梁抗弯刚度的影响更大，第4阶自振频率差值达到27.623%；结构跨中横截面上各点动应力幅值的分布特点与其静力分析结果类似，荷载作用频率对组合箱梁的动剪力滞系数的影响小于3.52%；剪力滞效应对简支组合箱梁翼板动应力幅值的影响随宽跨比的增大而变大，翘曲应力自平衡的影响亦随之增大；翘曲应力自平衡对结构自振频率的贡献值小于5%，但对翼板动应力幅值的影响可达9.4%以上。     

基于动应力的地铁构架疲劳损伤与疲劳寿命计算

作为轨道车辆走行部的极关键结构,转向架构架的服役安全性受到极大重视与关注。以新设计的地铁车辆动车转向架样本构架为研究对象,基于其在位使用状态下的动应力进行疲劳损伤与疲劳寿命研究。结合车辆运行状态数据,研究构架关键部位的损伤分布特征,分析构架疲劳损伤快速累积的原因。针对样本构架关键部位：计算其裂纹萌生寿命;基于雨流计数后的应力幅子样完成应力幅分布核密度估计;建立裂纹扩展模型,采用蒙特卡洛法与反函数法计算构架关键部位不同运行里程下的累积失效概率。结果表明,构架累积失效概率随运行里程增加而快速增加,裂纹萌生后对应于97.5%可靠度的运营里程为3万km;构架疲劳寿命为裂纹萌生寿命与扩展寿命之和,97.5%可靠度下为48.39万km。研究结果为进一步提升构架抗疲劳设计、优化转向架检修周期提供研究基础。     

多工况下风电齿轮箱联接螺栓疲劳寿命分析

针对风电齿轮箱联接螺栓疲劳受载复杂性问题,建立含螺栓的风电齿轮箱有限元模型,分析不同扭转和弯曲载荷下螺栓应力变化规律,依据风力发电机实际载荷谱,分段插值获得螺栓疲劳应力谱;基于雨流计数方法和Palmgrem-Miner疲劳累积损伤理论,结合螺栓材料S-N曲线,预测各疲劳应力谱下螺栓疲劳损伤,研究风电齿轮箱三种疲劳工况下各不同联接螺栓的疲劳寿命。结果表明:各疲劳工况下,前箱体与一级内齿圈间联接螺栓疲劳损伤值较大,疲劳弯矩工况下达最大损伤值0.853;疲劳扭矩工况下螺栓应力随扭矩增大而增大,危险螺栓靠近箱体两侧支撑处;疲劳弯矩工况下箱体产生倾覆效应,M_Y弯矩下危险螺栓位于箱体上下两侧,M_Z弯矩下危险螺栓位于箱体左右两侧。此次研究工作对提高风电齿轮箱整体使用寿命具有重要意义。     

EIFS分布的通用性分析与试验研究

进行等幅谱与随机谱下多种应力水平的疲劳(耐久性)试验与断口分析,基于试验结果,进一步证实使用范围内的不同应力水平下描述结构原始疲劳质量的当量初始缺陷尺寸分布具有一定的通用性。初步分析表明,依据随机谱编制的反映其计算损伤平均水平的等幅谱与原随机谱对建立通用EIFS(equivalent initial flaw size)分布的影响不大。通过EIFS分布参数对寿命预测的敏感性分析,从工程应用的角度给出任意载荷谱下得到的EIFS分布的通用性判据,为不同载荷谱下综合确定EIFS分布提供依据。