一种多轴向随机激励下结构疲劳寿命分析方法

提出了一种多轴向随机激励下结构疲劳寿命估计的频域分析方法。首先,对结构进行频响分析,得到在基础加速度激励下的应力频响函数矩阵,通过随机振动分析,得到结构应力的功率谱密度矩阵;其次,采用等效的Von Mises应力功率谱密度将多轴应力问题转化为单轴应力问题;最后,利用单轴应力疲劳寿命估计的频域分析方法对结构疲劳寿命进行估计。对一典型构件在多轴向随机激励下的疲劳寿命进行了计算,并与实验结果进行了对比。另外,对构件在多轴向同时激励与单轴分别激励的疲劳损伤结果进行了对比分析,表明多轴向同时振动具有明显的多轴效应,因此进行多轴向振动疲劳研究十分必要。     

随机复杂应力场塑性应变能的疲劳寿命分析

本文通过分析疲劳破坏的本质,并借鉴目前应变能理论的最新成果,提出了一种随机复杂应力场下基于塑性应变能的疲劳寿命分析模型,以此来预测材料的多轴低周疲劳寿命.模型中的相关材料参数通过MATLAB拟合单轴及纯剪切疲劳试验数据得到,使用有限元软件ANSYS模拟试件的多轴加载情况,并从其后处理程序中提取模型中需要的数据.通过对光滑试件SM45C,304和缺口件GH4169,16MnR的计算验证,其结果表明该模型对多轴随机应变加载低周疲劳寿命具有很好的预测效果.     

基于随机振动理论的焊接结构疲劳寿命概率预测方法研究

为了能够在设计阶段对承受随机载荷作用的焊接结构的焊缝进行疲劳寿命预测,该文以随机振动理论为基础,结合主S-N曲线法,通过推导证明了用于焊接结构疲劳寿命评估的等效结构应力与激励载荷之间存在线性传递关系,从而提出了一个频域的焊接结构随机振动疲劳寿命概率预测新方法。该方法能够解决多随机载荷作用下复杂焊接结构振动疲劳寿命预测问题。通过T型接头的算例对比分析,证明了该方法能够考虑激励载荷的频率对焊缝疲劳寿命的影响。直接以线路实测随机加速度谱做为激励载荷,对某轨道集装箱平车车体结构关键焊缝的振动疲劳寿命进行预测,结果表明:该方法的预测结果与实际情况吻合,便于工程应用。     

基于有限元法的16MnR缺口件疲劳寿命预测方法

以16MnR钢缺口棒状试样为研究对象,基于有限元分析方法,提出了一个缺口构件疲劳寿命预测方法。以一种能描述材料非Masing特性的A-F类循环塑性理论为基础,用有限元方法分析了缺口棒状试样在比例与非比例加载下的多轴应力-应变状态。比例与非比例加载工况通过理想的试验控制路径和半寿命时的试验实际路径来实现加载。基于有限元应力-应变结果,运用一个基于临界面概念的多轴疲劳损伤准则预测了缺口构件的疲劳启裂位置和寿命。分析结果表明:提出的疲劳寿命预测方法能很好地预测缺口构件在比例与非比例加载下的疲劳寿命。     

随机振动载荷下塑封球栅阵列含铅焊点疲劳寿命模型

对塑封球栅阵列(PBGA)封装器件Sn37Pb焊点进行了正弦振动、随机振动实验,得到各个载荷下焊点的疲劳寿命结果.建立了三维有限元模型,进行与实验条件一致的有限元分析,计算焊点的应力;将实验结果与有限元计算相结合,并基于Steinberg寿命预测模型,发展了随机振动载荷下焊点疲劳寿命预测方法.结果表明,疲劳寿命模型预测...     

多轴载荷下缺口件的疲劳寿命估算方法

提出了一种多轴载荷下缺口件的疲劳寿命估算方法。该方法基于临界平面理论,计算出缺口件各部位的多轴疲劳损伤参数,以损伤参数最大的部位为缺口件的多轴疲劳危险点。根据临界距离思想,提出了热点法和线法的临界距离的计算方法,采用热点法和线法考虑缺口件疲劳危险点附近损伤梯度的影响,以临界距离修正的损伤参数计算多轴载荷下缺口件的疲劳寿命。采用SAE1045钢缺口件的多轴疲劳试验对该文提出的寿命估算方法进行评估和验证,结果表明:该文所建立的寿命预测方法具有较好的预测能力,预测结果大部分分布在试验结果的3倍分散带之内。     

非比例载荷下缺口件疲劳寿命预测

针对Mod.9Cr-1Mo铁素体钢缺口件进行了一系列非比例载荷低周疲劳试验,采用直流电位差法测量裂纹萌生寿命,比较了缺口半径和应变路径对疲劳裂纹萌生寿命的影响。结果表明,缺口件裂纹萌生寿命占总寿命的比例与材料类型、应变路径相关,更与缺口半径尺寸直接相关。同一路径下,随着缺口半径增加,裂纹萌生寿命所占比例增大。采用Neuber律进行缺口局部应力-应变损伤的计算,结合Smith-Watson-Topper (SWT)模型和Kandil-Brown-Miller (KBM)模型进行疲劳寿命预测。结果表明,除单轴路径和比例路径外,SWT模型得到的预测结果偏于不安全;KBM模型除对单轴预测偏于保守外,其他预测值较好,总体预测结果位于2倍分散带内。     

基于经典Von Mises应力的多轴等效应力修正方法研究

基于经典Von Mises应力的等效准则在静力学中具有较好的适用性,但推广到动力学中会出现新的问题,机械的应用该经典等效方法进行多轴振动疲劳损伤计算可能会导致错误的结果。总结给出了几种经典Von Mises应力等效的修正方法,使之适用于噪声载荷产生的多轴振动疲劳问题。算例表明,修正后的Von Mises应力响应功率谱的峰值和各应力分量响应功率谱的峰值均在同一频段范围,且均位于结构基频附近,这和结构自身动特性及实际受载情况是相符的,使得修正后的等效应力具有实际的物理意义,且修正后的等效应力满足高斯分布,可在频域范围内应用现有模型解决多轴应力状态下的振动疲劳寿命预估问题。     

长寿命路面疲劳寿命预测的频域分析方法

笔者分别从沥青路面和水泥混凝土路面两个方面分析了路面疲劳寿命预测的相关方法。重点对疲劳寿命预测的频域分析方法进行了较为详细的分析,结合车辆–道路耦合振动系统模型,对路面不平整引起的车辆与道路之间的随机振动进行了分析,指出车辆–道路耦合振动的随机功率谱密度是进行路面疲劳寿命预测的一种手段和方法,并提出了相应的预测步骤,旨在为长寿命路面的设计和性能评价提供参考。     

某结构件的随机振动疲劳分析

为了对某机载产品进行结构疲劳分析,采用有限元分析软件ANSYS对产品结构进行了模态分析和随机振动分析。结合模态试验修正了有限元模型,由随机振动分析得到应力响应功率谱,最后利用频域方法计算结构的疲劳损伤。仿真结果基本吻合强化试验结果,并给出了产品结构设计改进方案。     

基于DIC的铝合金薄壁缺口件多轴疲劳行为

为探究缺口对材料多轴疲劳性能的影响,以航空用7075-T651铝合金薄壁缺口件为研究对象,进行等效应力幅变量的比例多轴疲劳实验,采用数字图像相关技术进行表征并分析临界平面角度.结果表明:随加载等效应力幅的增加,试样多轴疲劳寿命降低,缺口附近最大轴向、扭向和剪切工程应变增大.不同加载条件下,缺口附近应变集中现象均随着加载周次的增加而逐渐增强.缺口附近的应变变化过程可分为裂纹萌生、裂纹扩展及瞬断阶段.引入临界平面角度和其上最大正应变,提出SWT修正模型,其预测结果均位于2倍分散带内.     

基于损伤力学的疲劳裂纹萌生及扩展规律研究

针对金属构件疲劳裂纹的萌生、扩展寿命及其规律等问题,应用损伤力学理论与有限元相结合的方法,建立了计算疲劳裂纹全寿命的统一模型。引入附加载荷法,通过MATLAB编程计算,实现了对刚度矩阵的连续计算,并给出了编程的流程。通过对单个单元的损伤计算,得到了单元从无损到破坏过程中等效应力的变化;通过计算各个构件损伤单元寿命,进而给出了金属构件总体疲劳寿命。分析得到了微裂纹萌生及扩展寿命占总体疲劳寿命的80%以上,并应用有限元软件ANSYS模拟给出了缺口件裂纹萌生及扩展过程。理论计算的结果与试验数据对比基本一致,验证了本工作方法的准确性。     

基于Patran及频域分析的叠层焊点随机振动可靠性分析

基于Patran软件建立了叠层焊点三维有限元分析模型,分析了随机振动条件下叠层焊点的固有频率、振型和频率响应规律,获得了叠层焊点应力应变分布和应变功率谱密度响应曲线,并基于功率谱和雨流计数法计算出了叠层焊点振动疲劳寿命;分析了焊盘直径和焊点最大径向直径对叠层焊点随机振动寿命影响。仿真结果表明:在叠层焊点高0.5 mm、焊盘直径0.3 mm和焊点径向最大直径0.4 mm时其随机振动疲劳寿命为3 132 h;当焊盘直径从0.2 mm增加到0.35 mm时,叠层焊点振动疲劳寿命随焊盘直径增大而增大;当焊点最大径向直径从0.4 mm增加到0.55 mm时,叠层焊点振动疲劳寿命随焊点最大径向直径增大而减少。     

一种新的多轴高周疲劳模型

将疲劳强度以上加载等效为塑性应变,建立了塑性应变与加载应力呈线性关系的表达式,由此得到循环加载的塑性应变能。该塑性应变能使材料微观组织结构发生不可逆变化而引起等效宏观应力。假定该应力符合一种特定的分布函数,导出其最大应力与外加应力叠加达到材料本征断裂应力时的裂纹成核寿命,从而并由微裂纹引起上述两部分应力变化,得到继续加载直至宏观裂纹出现的疲劳寿命。所建立的多轴疲劳寿命公式由3个材料参数表达,并通过单轴疲劳试验数据确定。初步研究表明：该模型对所引用的多轴疲劳试验数据有很好的预测能力。     

钙钠玻璃的循环疲劳强度预测

本文提出了一种表征及预测钙钠玻璃光滑和缺口试件在不同载荷条件下疲劳强度的通用方法．因钙钠玻璃中不存在有效的裂纹屏蔽机制,循环载荷在钙销玻璃中不会造成明显的附加损伤,亚临界裂纹扩展受应力腐蚀机制控制,循环疲劳寿命与加载频率无关．缺口试件的缺口疲劳系数Kf与其应力集中系数Kt近似相等．采用文中定义的等效应力做为力学参量,可将光滑及缺口试件在不同加载条件下的SPT图归一化．     

TC21合金315℃高周疲劳光滑和缺口试样断口分析

开展了TC21研究合金光滑和缺口试样的315℃高周疲劳实验,并对疲劳断口进行详细观察,研究了缺口对TC21合金疲劳寿命的影响.结果表明,光滑和缺口试样的疲劳强度比值随循环寿命降低而降低;光滑试样的失稳疲劳裂纹长度随循环应力升高而降低;瞬断区所承受的断裂应力随循环应力升高而降低;这说明裂纹失稳决定试样的断裂,缺口试样断口有多个裂纹源,以缺口试样名义应力乘以应力集中因子与光滑试样的应力相等作为比较时,缺口试样主裂纹长度大于光滑试样的裂纹长度,缺口试样的裂纹扩展寿命更长.     

2024铝合金喷丸试件疲劳寿命试验及仿真研究

现有的喷丸材料疲劳性能研究扩展有限元模型没有考虑残余应力对裂纹扩展的影响。对2024铝合金的喷丸与未喷丸试样进行三弯疲劳试验,以明确喷丸工艺对试件疲劳寿命的强化作用。通过ABAQUS建立试件的二维平面应力模型,导入残余应力并利用扩展有限元法模拟循环载荷下裂纹的萌生与扩展,对比试验结果来验证该扩展有限元数值模型的正确性。最后基于该数值模型,改变载荷工况,研究不同载荷工况下残余应力对疲劳寿命的影响,得到喷丸残余应力强化作用与载荷工况的关系。结果表明:喷丸引入的残余应力可以有效地增强试件的疲劳寿命;过大的循环载荷可能造成喷丸残余应力发生松弛;在最大载荷不变的前提下,应力比越小,试件疲劳寿命越短;应力比越大,残余应力对疲劳寿命强化效果越明显。     

考虑结构裂纹扩展的振动疲劳寿命计算方法

工程实践中任何结构都存在不同程度的裂纹损伤,振动激励下动响应与疲劳裂纹扩展之间互相耦合,直接影响结构振动疲劳寿命.为了考虑结构振动疲劳耦合效应对疲劳寿命的影响,提出了一种考虑结构裂纹扩展的振动疲劳寿命计算方法.分析时,通过建立若干个含不同长度裂纹的结构有限元模型模拟结构裂纹扩展,采用Paris方程分段计算结构振动疲劳裂纹扩展寿命,通过试验确定的固有频率降变化规律反推结构裂纹萌生寿命,最后累计得到结构疲劳总寿命.结论表明,仿真计算结果与试验结果比较吻合.     

基于开裂能密度及裂纹扩展特性的橡胶隔振器疲劳特性预测

基于开裂能密度的连续介质力学参数及橡胶材料裂纹扩展特性(裂纹扩展速率与撕裂能之关系),获得橡胶部件多轴疲劳特性计算公式,并计算某汽车动力总成橡胶隔振器的疲劳特性。计算与试验对比表明,橡胶隔振器疲劳特性预测(寿命、开裂位置及开裂方向)与实测较一致。预测疲劳寿命分布在实测疲劳寿命的1/2倍分散因子内,满足工程疲劳寿命预测要求。提出的橡胶隔振器多轴疲劳特性预测方法,可用试验效率较高、投入较少的材料裂纹扩展试验代替耗时较多的材料疲劳破坏试验,不仅能为橡胶部件前期疲劳设计提供参考,亦能大幅缩短产品疲劳设计周期。     

基于断裂力学的圆钢管混凝土T型焊接节点疲劳寿命预测

该文应用线弹性断裂力学基本原理预测圆钢管混凝土桁架焊接T型节点的疲劳寿命。首先,进行了一些节点的疲劳试验,作为验证节点疲劳寿命预测是否可靠的参考数据;其次,建立了基于断裂力学的疲劳寿命数值模拟的模型和流程框图,采用ANSYS软件编制了APDL宏命令,实现了节点疲劳寿命的计算;最后,分析了节点疲劳裂纹的扩展特性。研究结果表明:断裂力学数值模型能较好地预测这种复杂的钢混组合节点的疲劳寿命;在正常的焊接质量条件下,不同的初始裂纹尺度对节点疲劳扩展寿命的影响不大;裂纹在长度方向的扩展速度大于在深度方向的扩展速度;裂纹深度在达到1/2主管壁厚之前,裂纹沿深度方向的扩展非常缓慢,大部分的疲劳寿命消耗在此阶段,之后裂纹沿深度方向的扩展较快。