多点失效时结构寿命可靠度的计算方法

复杂结构的疲劳断裂破坏往往是多点的,并且各点之间具有一定的相关性,因此,已有的单点寿命可靠度的计算方法不适用于多点疲劳断裂寿命可靠性评估问题.文中针对多点失效疲劳寿命和裂纹扩展寿命为正态或对数正态分布的情况,并且计及不同失效点疲劳寿命间和裂纹扩展寿命间相关的特征,推导出一种新的可进行数值计算的积分表达式.在进行具体的数值积分时,用重要抽样(importance sampling)的概念提高积分效率.该方法能解决结构多点失效寿命可靠度的计算问题.理论与算例表明方法是有效的.该方法的原理也可推广于其他非正态与非对数正态分布的情况.     

轮胎疲劳失效研究综述

轮胎寿命对车辆行驶安全性影响巨大,而轮胎失效方式主要是疲劳失效.针对轮胎的疲劳失效,综述国内外疲劳失效的几种研究方法的特点和应用状况,认为裂纹扩展方法为主要的研究方法;而在基于该方法的研究中,疲劳失效评价指标的合理确定,直接影响到轮胎疲劳寿命的评价;疲劳寿命预报的模型分析技术也是目前轮胎失效研究亟待解决的技术难题之一.通过对目前所使用的评价指标的相关文献和理论调查,指出采用断裂能指标对寿命的预测比其他指标更合理.在对比了目前用来建立疲劳寿命预报模型的分析技术后,指出基于裂纹扩展方法,结合考虑温度效应的断裂能评价指标,并采用EDT分析技术建立疲劳寿命预报模型,预测轮胎疲劳寿命,将是分析轮胎疲劳失效比较有效的途径.     

OD1422mm X80管道环焊接头拉伸应变行为研究

基于非线性有限元方法，结合数字化图像相关技术(DIC)、硬度云图以及断裂韧性测试等手段，进行了含缺陷天然气管道环焊接头的变形能力评估。该方法考虑了管道、焊缝以及缺陷尺寸形状特征，利用钢管母材、焊缝、热影响区的实际性能构建分析模型，对比了不同缺陷尺寸下的断裂驱动力与裂纹扩展阻力，获得环焊接头拉伸应变能力，并利用宽板拉伸试验对分析结果进行了验证。结果表明：当拉伸应变为0.5%时，裂纹扩展阻力始终高于断裂驱动力，裂纹不会发生扩展；当拉伸应变为1.3%、裂纹深度为8.2 mm时，裂纹扩展阻力与断裂驱动力相等，裂纹处于临界失稳状态；当拉伸应变为4.3%时，裂纹深度高于5.2 mm,裂纹会发生扩展；宽板拉伸结果中，当裂纹深度低于5 mm时，失效模式均为母材颈缩；裂纹深度为9 mm时，失效模式为裂纹扩展，模型分析与宽板拉伸试验结果一致性较好。     

基于可靠性评价的超高压压缩机二段出口螺栓疲劳寿命预测

超高压压缩机螺栓在交变载荷作用下,会产生疲劳失效破坏.对两种工况下超高压压缩机二段出口螺栓进行了受力分析、断裂分析、疲劳分析与剩余寿命评估;利用裂纹扩展速率与螺栓的临界裂纹尺寸对含缺陷的超高压压缩机二段出口螺栓两种工况下疲劳寿命进行了预测,为设备的诊断维护提供了合理的依据.     

压力管道全寿命周期疲劳裂纹扩展分析

针对制造过程中产生的缺陷对压力管道寿命的影响,提出一种基于Parris模型的疲劳裂纹扩展分析方法(P-FCG)。本方法基于假定或检测缺陷的表征,结合一次、二次应力对缺陷处进行应力强度因子的计算,并通过Parris模型进行循环载荷下的裂纹扩展分析,通过失效评定图进行压力管道的安全评定和剩余寿命的预测。以某公司设计的压力管道方案为例,对不同裂纹深度a0、不同CTOD断裂度等对疲劳寿命的影响进行分析。结果表明,应兼顾简单、通用失效评定图法进行安全评定,韧性好的材料具有较高的寿命,奥氏体不锈钢裂纹扩展明显的范围为1～3 mm裂纹深度。     

基于临界曲面的改进Paris定律球轴承疲劳寿命预测方法

通过场发射扫描电镜对球轴承疲劳故障点微观结构进行观察,发现裂纹总是沿着某个曲面进行萌生和扩展,扩展到一定程度后发生断裂形成近似椭圆形状的剥落点,随着球轴承的运转,不仅断裂后的裂纹发生二次剥落,而且剥落点将在新的曲面上发生多次剥落,形成断层形貌。基于此种现象,提出球轴承临界曲面的概念,假定裂纹的萌生和扩展均在此临界曲面上,将三维裂纹扩展问题转化为二维裂纹扩展问题进行分析。在临界曲面概念的基础上,提出改进的Paris疲劳寿命预测模型,将疲劳寿命分为裂纹扩展和剥落点增大两部分,分段采用改进的Paris定律预测球轴承的疲劳寿命。通过多套SKF 6205深沟球轴承疲劳寿命试验数据进行验证,与传统的SKF L-P公式预测结果相比,提出的方法能够较好地预测球轴承的疲劳寿命。     

一种预测蚀坑腐蚀疲劳寿命的概率模型

蚀坑腐蚀引起的疲劳损伤过程包括七个阶段,蚀坑形成、蚀坑扩展、蚀坑转变为疲劳小裂纹、小裂纹扩展、小裂纹转变为长裂纹、长裂纹扩展和断裂.用一阶可靠性方法(first-order reliability method,FORM)和蒙特卡洛模拟法分别计算铝合金蚀坑腐蚀疲劳寿命,得到疲劳寿命的累积分布函数(cumulative distribution function,CDF),进行概率敏感性分析.同时研究几个随机变量及其变异系数(coefficient of variation,COV)对预测疲劳寿命的影响.     

振动疲劳试验寿命确定方法研究

提出了一种确定振动疲劳试验寿命的方法,首先基于有限元分析获得2A12铝合金简支梁试件的裂纹长度与试件固有频率的关系曲线,借助断裂力学失效准则,计算试件在试验载荷下疲劳失效时的临界裂纹长度,根据临界裂纹长度对应的固有频率能够确定试件疲劳失效时固有频率下降的幅度,从而根据振动疲劳试验固有频率跟踪控制技术确定停机标准,停机时所经历的循环数即为振动疲劳的试验寿命。该方法结合理论与实际,为振动疲劳试验寿命的确定提供了理论依据,统一了试验标准,并且在实际操作试验过程中容易操作,所得的结果安全可靠。     

滚动轴承接触疲劳内部裂纹扩展有限元分析

滚动轴承滚道在工作过程中承受较大的接触应力,接触疲劳是滚动轴承失效的主要形式。为了探究轴承的接触疲劳以及接触疲劳引起的内部裂纹,将损伤力学带入Voronoi有限元方法中,仿真轴承材料拓扑随机性和材料的劣化过程。建立轴承接触疲劳裂纹扩展模型,有效仿真出轴承内部裂纹的萌生、生长、相交、扩展至表面的过程,得到轴承表面裂纹出现的寿命和内部裂纹扩展路径。计算了裂纹扩展过程中所释放的能量,研究内容能够为轴承接触疲劳损伤研究提供新的思路和工具。     

某高压涡轮盘裂纹扩展特性研究

通过三维裂纹扩展有限元仿真分析与低循环疲劳裂纹扩展试验相结合,研究了某高压涡轮盘损伤容限特征。基于有限元仿真分析获得的螺栓孔部位的应力和变形,开展了三维裂纹扩展寿命仿真计算,得到裂纹扩展速率的计算值。在轮盘低循环疲劳试验中,通过螺栓孔内壁面处定期荧光渗透检测和裂纹长度检测,记录了裂纹发展情况;在轮盘破裂后,通过疲劳断口扫描电镜观察,获得了裂纹扩展特征。结果表明,仿真计算与试验断口分析得到的裂纹前沿扩展历程、裂纹扩展寿命之间均存在较好的一致性。