考虑修正平均等效应力强度因子的焊点缺陷疲劳寿命研究

提出了一种基于超声回波的焊点缺陷疲劳寿命预测评价方法。该方法采用模糊数学理论，基于超声回波特征获得损伤系数，然后综合考虑法向应力、剪切应力和初始缺陷的影响，将焊点缺陷在裂纹扩展路径上的修正平均等效应力强度因子作为疲劳评价的参量。通过对DP600GI材料的合格焊点、焊核过小焊点和烧穿焊点的接头进行疲劳试验，比较不同缺陷对焊接疲劳寿命的影响，得到一条修正平均等效应力强度因子与疲劳寿命的拟合曲线作为含初始缺陷的焊点疲劳寿命预测曲线，研究结果表明，该曲线能有效预测含初始缺陷的点焊接头的疲劳寿命。该方法有助于合理设计电阻点焊的缺陷容限。     

等效结构应力法在高强钢疲劳寿命预测中的应用

利用成组法对某工程机械常用高强钢材料制作成的对接接头的疲劳寿命开展试验研究。采用美国机械工程师协会(ASME)标准中"网格不敏感的结构应力法及主S-N曲线法"对上述接头的疲劳寿命进行预测。研究表明:基于等效结构应力法的高强钢对接接头疲劳寿命预测结果与试验结果存在一定的偏差。依据董平莎提出的主S-N曲线修正表达式,并结合高强钢对接接头试验结果,引入等效结构应力范围(Δss)修正系数,得到适用于900 MPa级高强钢疲劳寿命预测的修正主S-N曲线。     

基于等效结构应力的焊接结构疲劳寿命评估

焊接结构的疲劳破坏往往发生于焊缝部位,对于焊缝部位的疲劳分析常用方法有基于名义应力的BS7608标准的、IIW标准的方法,以及基于结构应力的ASME方法.基于等效结构应力的主S-N曲线疲劳寿命预测法由新奥尔良大学的董平沙教授提出,该方法具有疲劳寿命结果不受有限元模型网格大小影响,以及不受接头类型限制的主S-N曲线数据等特点.分析了该方法的疲劳寿命预测原理,并对某搭接接头进行实例分析,验证了该方法的可行性.     

桁架臂K型管接头寿命评估方法的对比分析与研究

以国外通用疲劳设计标准ABS,DNV,BS7608,ASME,IIW等为依据,总结对比了起重机桁架臂K型管接头疲劳评估的方法.通过对比可知,国外标准中没有给出名义应力法对应的S N曲线,热点应力法成为其疲劳寿命评估的主要方法.ABS,DNV,BS7608标准中推荐的表面外推热点应力法与提供的管接头S-N曲线基本一致;ASME中给出的网格不敏感结构热点应力法即Battelle结构应力法也适用于管接头.同规格K型管接头在5种不同网格大小下的有限元应力计算结果的对比表明:相对于ABS,DNV,BS7608标准中的外推热点应力法,ASME标准中的Battelle结构应力法对网格有更强的适应性.     

基于疲劳试验和断裂仿真的地铁障碍物检测装置寿命预测

运用IEC61373标准的振动激励谱,将某地铁转向架障碍物检测装置作为研究对象.结合有限元法和台架振动试验对障碍物检测装置的随机振动疲劳强度进行了研究,并对铝横梁焊接接头疲劳薄弱点进行剩余寿命预测.基于频域法,结合Miner线性累积损伤理论,得到加速度激励下障碍物检测装置仿真寿命结果,将其与台架振动试验结果进行比较,验证了疲劳仿真分析的准确性.采用子模型边界技术将铝横梁分离出来,并对其疲劳薄弱点应力谱进行当量折算,在评估点插入初始裂纹后进行剩余寿命预测.结果 表明,基于断裂力学评估带初始裂纹铝合金焊接接头的剩余寿命是合理的,为工程应用提供了一定的参考.     

基于等效结构应力法的镁合金接头疲劳寿命预测

针对镁合金焊接结构疲劳强度评估方法不全面的问题,在等效结构应力法的研究基础上,提出了镁合金焊接接头疲劳寿命预测方法。基于 200 余个包含不同特征的镁合金接头疲劳试验数据,采用有限元数值模拟,计算试件接头焊趾处的等效结构应力。结合 ASME 标准中对曲线拟合的规范,进行镁合金接头寿命曲线拟合,得出了预测疲劳寿命的常系数 C d 和 h 。将拟合结果与铝材的疲劳寿命曲线进行对比,结果表明,镁合金接头在 1×10^7?次循环下的疲劳强度约为 31.6 MPa ,同等条件下约为铝材疲劳强度的 82% 。该镁合金接头疲劳寿命预测方法可用于评估镁合金结构疲劳强度是否满足轨道车辆车体结构使用需求。     

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。     

铸造起重机金属结构的疲劳评定方法研究

铸造起重机金属结构的疲劳裂纹源主要位于构造形状突变区域的焊趾部位,裂纹从焊趾处萌生并扩展,因此必须引入局部应力概念对其进行疲劳评定。针对某在役铸造起重机金属结构,分别采用基于中值主S-N曲线的等效结构应力法和基于等效结构应力强度因子的断裂力学法,估算了端梁结构4条主焊缝危险点的疲劳寿命。结合铸造起重机实测裂纹数据进行了反推计算,获得了等效结构应力法的适用S-N曲线和断裂力学法的适用初始裂纹表面长度。研究表明,常规参数的等效结构应力法和断裂力学法是一般焊接结构疲劳评定的有效方法,但针对焊缝质量有特殊要求的重要焊接结构,必须采用合理的参数才能获得较准确的估算结果。     

废旧机床主轴剩余寿命评估模型

如何准确评估废旧主轴的剩余寿命是其可再制造性评估的关键.基于此,针对废旧主轴的疲劳断裂失效现状,综合考虑裂纹闭合效应,加入裂纹拓展有效因子,提出一种基于非线性连续疲劳损伤模型的主轴剩余寿命评估模型.为提高主轴S-N曲线的拟合精度,疲劳试件是通过原废旧主轴的轴身经线切割加工而成,将主轴谐响应分析获得的六级最大应力,作为拉压疲劳试验的循环应力,从而获得接近实际主轴的S-N曲线.对于主轴剩余寿命评估模型参数求解问题,把试验得到的数据和参数通过非线性拟合中的最小二乘法,构建关于应力和寿命的S-N曲线,采用Python的方法来求解该模型中的参数使主轴的剩余寿命评估模型更具有准确性,来保证预测评估主轴剩余寿命结果的准确性.以某机床集团的CAK5085型数控车床的主轴为例,对其进行剩余寿命评估.通过试验的数据和模型的计算结果进行对比,验证修正后模型的准确性、可行性.     

航空发动机涡轮盘用GH4133B合金疲劳裂纹扩展寿命概率预测

镍基高温合金的概率寿命预测要求模拟多种复杂随机现象。针对室温下航空发动机涡轮盘用GH4133B合金的疲劳裂纹扩展试验数据,采用Paris公式和含门槛值ΔKth的修正Paris公式,对不同应力比下的疲劳裂纹扩展速率进行概率预测。基于Paris公式和修正Paris公式的积分式计算不同存活概率P下的理论疲劳剩余寿命Nfp,并与试验疲劳剩余寿命Nft对比。结果表明,当P=50%时,基于修正Paris公式的Nfp与Nft吻合;当P=90%时,基于Paris公式和修正Paris公式的Nfp均与Nft吻合;当P=99%时,基于修正Paris公式的Nfp具有高可靠度。基于疲劳寿命试验数据的非线性回归分析绘制Nf-Fp,m-Fp,a曲面,引入参量γ表征平均载荷Fp,m和载荷幅值Fp,a对疲劳寿命Nf的影响,结果表明,在所研究的应力比范围内Fp,m对Nf影响大。     

Investigation of the fatigue behaviour of butt-welded joints treated by ultrasonic peening process and compared with fatigue life assessment standards

Ultrasonic peening is a technique to be used for improving the fatigue life of welded structures. The technique makes use of an ultrasonically vibrated pin which is pressed against the toe regions of the weld. The beneficial effect is mainly due to the introduction of favourable compressive stresses on weld toe regions, causing local plastic deformation and reducing stress concentration effect. This paper deals with the influence of ultrasonic peening treatment on fatigue life improvement in butt-welded plates. Fatigue life is predicted for the welded plate as per BS 7608 standard, AWS D 1.1 structural welding code and IIW-XIII-1539-96 standard, and they are compared with the experimental results. The ultrasonic peening technique is applied on a plain carbon steel plate weldment, and specimens conforming to ASTM E 466 standard are prepared and tested in a servohydraulic static dynamic testing machine at three different stress levels. Afterwards their fatigue lives are obtained. The comparison of the fatigue life in unpeened and peened specimens brings out the beneficial influence of the treatment. It is found that the improvement in fatigue life is up to 35% at 250 MPa of applied stress. But at higher stress levels, the benefit is less. At 350 MPa of applied stress, peening results in lower fatigue life. A comparison of the predicted fatigue lives from various standards with the experimental results shows that it is very close to the life at 50% probability of survival as predicted by the BS 7608 standard. The details of the experiments conducted and the results obtained are furnished in this paper.     

基于最弱环理论的缺口件概率疲劳寿命预测方法

基于最弱环理论和光滑试样疲劳寿命的Weibull分布,建立了一种缺口件概率疲劳寿命预测方法。该方法首先基于最弱环理论和光滑试样的疲劳强度分布,通过定义缺口件的Weibull有效应力,建立了缺口件在给定循环载荷下的疲劳失效概率计算公式。基于Weibull有效应力和光滑试样的疲劳应力-特征寿命方程,可计算得到给定循环载荷时缺口件的特征疲劳寿命,进一步根据光滑试样的Weibull疲劳寿命分布可最终获得缺口件在给定循环载荷下的疲劳寿命分布。采用上述方法对TC4缺口试样进行了概率疲劳寿命预测,并与局部应力应变法预测结果进行了对比。结果表明:局部应力应变法预测结果过于保守,本文方法预测精度较高,50%失效概率时的疲劳寿命预测结果与缺口试样试验均值寿命吻合很好,10%和90%失效概率时的疲劳寿命预测结果基本分布在试验均值寿命的两倍分散带之内。     

Unified Principal S-N Equation for Friction Stir Welding of 5083 and 6061 Aluminum Alloys

With the popularization of friction stir welding(FSW),5083-H321 and 6061-T6 aluminum alloy materials are widely used during the FSW process.In this study,the fatigue life of friction stir welding with two materials,i.e.,5083-H321 and 6061-T6 aluminum alloy,are studied.Fatigue tests were carried out on the base metal of these two materials as well as on the butt joints and overlapping FSW samples.The principle of the equivalent structural stress method is used to analyze the FSW test data of these two materials.The fatigue resistances of these two materials were com-pared and a unified principal S-N curve equation was fitted.Two key parameters of the unified principal S-N curve obtained by fitting,Cd is 4222.5,and h is 0.2693.A new method for an FSW fatigue life assessment was developed in this study and can be used to calculate the fatigue life of different welding forms with a single S-N curve.Two main fatigue tests of bending and tension were used to verify the unified principal S-N curve equation.The results show that the fatigue life calculated by the unified mean 50％master S-N curve parameters are the closest to the fatigue test results.The reliability,practicability,and generality of the master S-N curve fitting parameters were verified using the test data.The unified principal S-N curve acquired in this study can not only be used in aluminum alloy materials but can also be applied to other materials.     

回转窑液压挡轮的应力强度与疲劳断裂分析

运用有限元技术对一台大型沥青焦回转窑设备中发生断裂事故的液压挡轮部件进行强度失效分析及疲劳寿命估算.通过断口形貌分析和金相实验,得出失效机理为疲劳断裂的定性结论.利用Ansys软件建立挡轮的有限元模型,计算出应力和变形等一系列结果.在确定交变应力幅值及裂纹尖端应力强度因子的基础上,利用Paris公式预算含缺陷挡轮的疲劳寿命.在选材及造型设计上对挡轮提出改进方案,将韧性较差的铸钢材料替换为韧性较好的锻钢材料,并优化挡轮轮辐减重孔直径,提高挡轮的疲劳寿命,从而在强度及韧性上均达到最优.设计长期交变应力状态下的工件必须兼顾材料的强度、韧性及其造型优化,这一结论对各类动态承载机械零部件的设计均具有参考价值.     

造船龙门起重机主梁结构件的疲劳试验与分析

以580吨级造船龙门起重机主梁结构为研究对象,通过设计结构试件进行疲劳试验,获得试件在不同应力水平下的疲劳寿命循环次数,同时观测试件的裂纹形成、扩展现象。最后,根据试验结果拟合出的S-N曲线,对照选取标准中的S-N曲线,为结构疲劳分析提供试验依据。     

腐蚀结构损伤评估方法

针对腐蚀环境下老龄化飞机结构表面存在广布随机的腐蚀坑,而使其强度降低这一问题,先采用有限元方法并结合仿真软件ANSYS的参数化分析语言APDL,得到不同形状腐蚀坑底部的有效应力集中系数,然后结合局部应力应变法求解各个腐蚀坑底部在疲劳载荷作用下产生初始裂纹的萌生寿命值,再通过蒙特卡罗方法求解数值积分和非线性方程,得到和腐蚀坑具有相同寿命等效裂纹的尺寸,最后采用神经网络技术建立腐蚀坑各种几何尺寸与等效裂纹深度间的多变量非线性映射关系.为工程实践中用广布裂纹方法处理含随机分布腐蚀坑的老龄化结构提供可能.     

挖掘机工作装置疲劳寿命分析

针对挖掘机工作装置的疲劳破坏问题,进行了基于实测载荷历程的疲劳寿命估算,为其在服役期间的安全检查和维修决策提供依据.通过应变测量得到该工作装置薄弱部位的载荷历程,对其进行雨流计数统计,推导并确定出结构的S-N曲线,结合名义应力法理论估算出该工作装置各测点的疲劳寿命,实现了对结构进行疲劳预测分析的目的,该方法可为同类机械的疲劳寿命预测提供一定的参考依据.     

钢制薄壁车轮弯曲疲劳模拟精度探讨

介绍了如何用有限元法准确模拟钢制薄壁车轮弯曲疲劳试验的方法,着重讲述如何合理选择有限元网格类型、单元积分形式、单元尺寸大小,强调分析应采用材料“真应力-应变”曲线,给出旋转作用力、螺栓预紧力、加载时间步的设置方法和注意事项,以及判断有限元应力分析结果是否合理的方法。论文随后以车轮疲劳试验结果为参照,结合S-N曲线数学表达式,给出一种分析车轮疲劳寿命的简易方法,并基于这个简易方法去预测另一款大小相近、材料牌号相同的车轮寿命,发现寿命预测结果与试验结果较为接近,认为论文所介绍的应力和疲劳分析方法有较好的实用性。