Box-Cox变量变换拟合法估计三参数P—S—N曲线的研究

提出一种基于变量变换法的Box-Cox变量变换拟合法,可以解决不同应力水平下对数疲劳寿命不满足正态线性Gauss-Markov假设的三参数P-S-N曲线拟合问题;选取LC4、40CrNiMo和LY12CS材料的试验数据对文中方法的有效性和可靠性进行验证.数据分析表明,文中方法估计的三参数P-S-N曲线比利用最小二乘法的拟合效果更好.在两种可靠度下曲线拟合的相对误差可降低至最小二乘法拟合的1/2,最大可降低至1/4,使变换后的模型残差达到最小.改善并稳定了回归模型的残差分布,得到回归系数估计值的最佳无偏估计,还原变换后得到非线性能力较强的幂函数模型,从而提高原始数据的三参数P-S-N曲线的拟合精度和可信度.     

链板零件P-S-N曲线的理论研究及应用

链条传动在工程领域中应用广泛。疲劳试验研究和现场使用失效表明,链条的主要失效形式是链板疲劳断裂,链板零件P-S-N曲线是链条可靠性研究的重要基础。合理可行的链板零件理论P-S-N曲线可以避免开展疲劳试验或者仅仅进行少量疲劳试验,节省时间和费用,且便于工程应用。提出了链板零件P-S-N曲线的理论处理方法,基于链板零件理论P-S-N曲线,进行了链条寿命预测的实例分析。将分析结果与板式链条常规设计原则相对比,验证了链板零件P-S-N曲线理论处理方法的可行性。     

基于自助法的小样本疲劳寿命试验D32钢P-S-N曲线确定

材料疲劳寿命试验确定其疲劳曲线常常是一种小样本情况,而确定材料P-S-N曲线需要大样本估计疲劳寿命概率特征值。为了解决这样问题,将增广样本统计方法—自助法应用于小样本疲劳寿命试验P-S-N曲线确定,并理清了其计算过程,解决了小样本情况下其概率特征值的不稳定性问题。基于D32钢的疲劳寿命试验数据,将方法应用于D32钢P-S-N曲线的确定,得到了D32钢P-S-N曲线,并与各级应力水平疲劳寿命样本集成总体法计算的结果比较,得到了一些有用的结论。     

基于分层贝叶斯模型的齿轮弯曲疲劳试验分析

常规齿轮弯曲疲劳试验数据处理方法是基于最小二乘法（LSE）等传统频率理论的,在小样本条件下可靠度应力寿命（P-S-N）曲线易发生拟合失真。基于成组法开展了8620H钢表面渗碳齿轮的弯曲疲劳试验,将贝叶斯理论应用于小样本条件下弯曲疲劳试验数据分析,建立了齿轮弯曲疲劳试验数据的分层贝叶斯（HBM）模型,并通过Gibbs采样获得了参数的后验分布,得到齿轮弯曲疲劳P-S-N曲线。同时以50%和99%可靠度下S-N曲线相对斜率比为评价指标,对比了LSE模型与HBM模型拟合效果,结果表明：随着试验样本数据量的变化,HBM模型的相对斜率比α波动变化率为传统LSE模型的1/40,小样本条件下HBM模型结果优于传统的LSE模型结果。HBM模型可推广应用至齿轮接触疲劳试验等数据分析中。     

涡轮盘低循环疲劳两种可靠性分析方法的对比

使用基于应力和基于应变的疲劳可靠性分析方法,对比分析了涡轮盘低循环疲劳寿命及可靠性。P-S-N曲线由三参数函数式来描述,并由异方差回归拟合,涡轮盘危险点的应力应变可由有限元分析和响应面法得到,对比了应力寿命、应力强度、应变寿命和应变强度四种疲劳可靠性模型的寿命及可靠度,结果表明基于应力的分析方法,也可用于涡轮盘低循环疲劳可靠性分析。     

S-N曲线和P-S-N曲线小子样测试方法

采用异方差回归分析理论,建立一种S-N曲线和P-S-N曲线小子样测试方法,可以对金属材料中寿命区的S-N曲线和P-S-N曲线进行散点测试。该方法能将一条S-N曲线上的所有试验数据作为一个整体进行统计分析,实现多母体联合推断,信息量远远大于成组试验法,既可节省大量试件,又能提高测试精度。此外,该方法对成组试验数据的分析精度也比成组试验法高,可以对过去积累的S-N曲线试验数据进行处理,在不补充试验的情况下,即可得到P-S-N曲线。大量Monte Carlo模拟验证和工程应用表明,在精度相同的情况下,该方法可以比成组试验法节省60％以上的试件。     

样本信息聚集原理与P-S-N曲线拟合方法

基于不同应力水平下试样疲劳寿命对应的概率分位点的一致性,研究小样本疲劳试验数据信息提取原理与P-S-N曲线试验数据统计处理方法。通过聚集不同应力水平下的寿命试验数据、融合不同应力水平下的寿命分布信息,实现各级应力水平下寿命分散性信息的集成应用。借助失效迹线和等效寿命概念,以及等效寿命分布与真实寿命分布一致性判据,提出确定寿命标准差与循环应力水平之间关系的方法。在寿命中值(均值)-应力水平关系已知、寿命标准差-应力水平关系待定的情况下,基于等效寿命分布与真实寿命分布一致性的统计检验,应用摄动寻优技术确定疲劳寿命标准差-循环应力水平方程。这种方法相当于把不同应力水平下的疲劳寿命试验数据转换为任一指定应力下的等效寿命,从而得到等效大样本数据,拟合出较为精确的P-S-N曲线。试验表明,此方法能在较小样本量(20～30)的条件下,获得与传统成组法(40～60个样本)接近的P-S-N曲线,且容易应用。     

三种汽轮机转子钢的高周疲劳性能

针对符合转子制造技术规范的25Cr2MoVA钢、25Cr2Mo1VA钢和40Cr钢进行了高周疲劳试验,基于无疲劳极限半对数曲线模型拟合得到了三种钢的P-S-N曲线,并分析了疲劳断口形貌。结果表明:疲劳循环108周次时,25Cr2MoVA钢、25Cr2Mo1VA钢和40Cr钢疲劳极限分别为465,455,460MPa;随着应力降低,三种钢的疲劳寿命均持续增加,P-S-N曲线下降的趋势变缓,但未出现显著的水平平台;三种钢的疲劳裂纹均萌生于材料表面,裂纹扩展呈放射状,25Cr2MoVA钢和25Cr2Mo1VA钢瞬断区具有韧窝特征,它们的韧性优于40Cr钢的;在遭受次同步振荡时,25Cr2MoVA钢转子的安全可靠性最高。     

广义P-S-N曲线参数估计的实现方法

针对三参数应力一寿命模型，提出了广义P-S-N曲线参数估计的实现方法。该方法基于广义极大似然法原理，应用相关系数法和数学规划法分别求解均值曲线和均方差曲线参量，然后应用相关系数法求解概率曲线参量。通过对45铜成组法疲劳试验获得的洲数据的分析，验证了该实现方法的有效性。     

用极大似然法求二维概率模型P-S-N曲线

提出了用极大似然统计二维概率模型下的P-S-N曲线的方法，统计结果具有相当好的性质，在保证相同试验统计精度的前提下，比传统的成组试验法大规模减少试件用量。     

P-S-N曲线的Bootstrap置信带

由小子样疲劳试验数据估计出的疲劳可靠性设计P-S-N曲线可能偏于危险,目前常采用C-P-S-N(置信度-可靠度-应力-寿命)曲线提高预测结果的可信性,文中基于Bootstrap方法提出一种新的估计C-P-S-N曲线的方法.给出所提方法的具体实现,所提方法借助Bootstrap再抽样技术,可以拟合任意置信度和任意可靠度下的C-P-S-N曲线,并获得更安全可信的估计结果,有效改善常规方法出现的危险问题.采用所提方法对材料LY12CZ铝合金板材疲劳试验数据进行分析讨论,结果表明所提方法是合理可行的.     

基于雨流计数法的疲劳寿命预测

对研发的甘蔗剥叶机机架进行了动态应力测试和疲劳寿命预测。通过结构分析得到甘蔗剥叶机机架危险点的位置,对甘蔗剥叶机架危险点进行动态应力测试,运用雨流计数法对数据结果进行循环计数统计。考虑平均应力的影响,运用Gerber曲线对统计得到的全循环进行等寿命转化。修正材料的S-N曲线得到构件的P-S-N曲线,根据P-S-N曲线和Miner法则进行疲劳寿命预测。结果显示,在99%的存活率下,甘蔗剥叶机机架连接处的疲劳寿命约为3.8年。这一数据为甘蔗剥叶机的维修和改进提供了参考。     

海洋结构钢焊接接头低周疲劳强度的研究

对进口结构钢A537和国产结构钢E36模拟节点热点处应力状态制成接头试件,采用极大似然性原理组织试验,考察材料、介质（空气和海水）、工艺（焊后或焊修）对接头疲劳强度的影响,并获得这两种钢的焊接接头的概率-应力范围-寿命曲线（P-S-N）,对比管节点疲劳试验结构,表明“焊接接头疲劳寿命相对于管节点疲劳试验的启裂寿命”观点是安全的。     

起重机焊接箱形梁的疲劳试验

通过常幅及变幅疲劳试验 ,得出焊接箱形梁的疲劳强度 P-S-N曲线方程及给定寿命下疲劳强度的分布 ,论证变幅与常幅疲劳试验的相互关系 ;试验中取得了焊接箱形梁疲劳破坏裂纹的扩展历程数据并分析断裂的机理     

含缺陷的30NiCrMoV12车轴钢的多变量疲劳性能研究

车轴遭受异物冲击缺陷存在多种形式，其中棱角冲击对车轴疲劳性能影响较大，会加速车轴的失效。为研究棱角冲击缺陷对车轴疲劳极限的影响，针对30Ni Cr Mo V12车轴钢，采用软件模拟与疲劳试验相结合的方法，借助ABAQUS对冲击缺陷区域进行应力场分析，对预制好的缺陷车轴试样进行疲劳试验，依据试验结果采用近似欧文单侧公差极限法拟合各试样组疲劳P-S-N曲线，得到相应的疲劳极限。根据各试样组的疲劳试验结果预测全尺寸车轴疲劳极限。考虑冲击缺陷深度的分散性，对缺陷深度和全尺寸车轴疲劳极限两参数进行拟合。最后基于EI-HADDAD公式，建立含棱角冲击缺陷的30Ni Cr Mo V12车轴钢的多变量疲劳极限预测模型。采用该模型能够快速预估含不同尺寸棱角缺陷的全尺寸车轴疲劳极限。     

样本信息聚集原理改进及其在铁路车辆结构疲劳评定中的应用

疲劳S-N曲线是高速动车组结构设计中最重要的基础数据。降低样本数据的离散性和提高寿命预测的准确性一直是铁路车辆结构长寿命安全可靠服役的热点研究课题,经典的样本信息聚集原理(Sample polymerization principle,SPP)能够确保小样本疲劳数据统计处理的准确性,但在寿命估算的可靠性上还有改进空间。通过参数搜索的优化建立应力与标准差之间的关系,实现不同应力水平下标准差的最优取值,从而提出一种新的基于SPP的概率疲劳S-N曲线拟合方法。研究结果表明,与成组法相比,基于(X-x-x-x)型数据的疲劳P-S-N曲线的斜率和截距的相对误差小于3%,估算寿命仅为成组法5%;在处理(x-x-x-x)型数据时,估算寿命约为传统方法的0.1%。在应用于高速列车焊接结构时,改进方法充分考虑了因焊接缺陷引入的离散性,预测的疲劳寿命更加可靠与合理。由此可见,改进的SPP以及标准差参数寻优技术不仅可以确保小样本数据的拟合精度,而且能够获得更加可靠的疲劳P-S-N曲线,工程应用中得到更保守的预测结果。     

电动车窗疲劳寿命预测及关键参数优化

钢丝绳对电动车窗疲劳失效有重要影响.以某车型前门升降系统为研究对象,构建三维绳轮式电动车窗多体动力学模型,获取钢丝绳拉力等动力学参数.基于P-S-N曲线,给出变载荷下升降钢丝绳的疲劳寿命预测.针对影响疲劳寿命的钢丝绳弯曲和接触应力,研究钢丝绳入槽偏角和卷丝筒半径两大关键参数,回归拟合其与疲劳寿命关系的响应曲面.以此为基础,实现参数优化,以改善钢丝绳的受力状态,提高电动车窗的服役寿命.     

20^#钢管道材料的R—O曲线关系参数及其分布

确定管道材料的R－O关系曲线参数及其分布对于含缺陷压力管道可靠性分析具有重要意义。本文以国产压力管道常用钢──一20＃钢作为研究材料,在对全尺寸管道的断裂试验的基础上,分析比较不同的R－O关系曲线的拟合方法,得出了适合20＃钢R－O关系曲线的拟合方法。并结合统计分析,得出20＃钢管道材料R－O关系曲线参数α、n均服从正态分布。     

基于样本集聚原理的疲劳可靠性评估方法及其在零部件上的应用

针对随机载荷下的疲劳可靠性,为能实现用小样本量的或大分散性的寿命数据获得较精确的寿命评估结果,基于样本集聚原理,改进应力-寿命关系曲线的获得方法,介绍逐渐缩小区间搜索方法和考虑材料分散性和随机载荷下的疲劳可靠性模型。逐渐缩小区间搜索方法的核心思想是区间逼近,每次搜索循环后均会缩减最优值的范围,至满足设定容差的结果停止搜索,并拟合应力-寿命关系曲线。基于此关系曲线,由确定应力到随机应力,再到服役工况种类的随机性,逐步建立疲劳可靠性模型。应用提出方法评估一服役后铝合金构件的疲劳寿命。结果表明,逐渐缩小区间搜索方法可在短时间内获得高精度的P-S-N曲线,提出的疲劳可靠性模型贴近工程,传统疲劳可靠性模型的结果偏于保守。     

某钢结构剩余安全使用期限的评估

由P-S-N曲线关系,得出结构剩余安全使用期限的表达式,利用此式对某港口抓取装置进行评估计算,得出其剩余安全使用期限,为以后的使用和维修以及可靠性的研究提供了依据.