加载频率对悬臂梁振动疲劳特性的影响

研究了加载频率对悬臂梁振动疲劳特性的影响。首先,给三组相同的悬臂梁结构分别施加三种不同频率（悬臂梁的固有频率,略大于固有频率和略小于固有频率）的正弦激励,使其具有相同的初始应力,试验测得应力随循环次数的变化规律;其次,在试验测得应力历程的基础上,计算悬臂梁的疲劳损伤量,研究在相同初始应力下不同加载频率对同一悬臂梁振动疲劳特性的影响;最后,将预估结果与试验测得的固有频率下降量作了对比。结果表明：加载频率对振动疲劳寿命有较大的影响,文中给出的预估结果与试验结果比较吻合     

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.     

基于力电响应的压电悬臂梁疲劳寿命预测EI北大核心CSCD

针对压电振动能量收集器的疲劳问题,旨在研究基于力电响应的压电悬臂梁振动疲劳寿命预测方法。结合压电悬臂梁振动疲劳试验测得的试验结果,以剩余刚度理论和“两段式”疲劳寿命分析模型为基础提出一种基于谐振频率的压电悬臂梁疲劳寿命预测方法;进一步分析振动疲劳过程中谐振频率变化与负载功率变化的关系模型,提出一种基于负载功率的压电悬臂梁疲劳寿命预测方法。结果表明:基于谐振频率的压电悬臂梁疲劳寿命预测方法的平均误差在10%~20%之间,其误差范围控制在1.5倍误差线以内;而基于负载功率的压电悬臂梁疲劳寿命预测方法的平均误差集中于25%左右,误差范围均控制在2倍误差线以内且属于偏安全的预测效果。     

工业厂房动力机器工作平台振动疲劳性能研究

以某烧结矿筛分室工作平台为研究对象,对不同工况下筛分室工作平台进行振动测试。时域及频域分析结果表明,工作平台存在共振现象且振动幅值超限。为掌握工作平台的振动疲劳性能,建立有限元模型,以实测振动数据作为激励,通过瞬态动力学分析,得到不同共振条件下平台的振动疲劳性能。将目前运行的三个工况的疲劳性能作为基准,发现当振动筛运行频率f_1与结构自振频率f_2相等时,节点振幅增大25.6%,疲劳寿命减小65.68%;当f_1与f_2相差20%时,节点振幅增大17.6%,疲劳寿命减小50.33%;当f_1与f_2相差40%时,节点振幅增大7.23%,疲劳寿命减小23.76%。     

不同温度下裂纹悬臂梁的模态和疲劳寿命分析

基于扭转弹簧模型和修正Paris公式,提出了一种在不同外界温度下含初始裂纹悬臂梁的疲劳寿命估算方法。在模态分析过程中,通过弹性模量引入温度模块,利用扭转弹簧等效该裂纹,将悬臂梁转化为由扭转弹簧联接的两段弹性梁;推导出不同温度下含裂纹梁固有振型的特征方程,分析温度和裂纹几何参数对裂纹梁固有频率的影响。在疲劳寿命分析过程中,利用复弹性模量引入阻尼损耗因子,基于修正Paris方程和同步分析法,考虑裂纹梁振动与疲劳裂纹扩展的相互作用,分析温度、阻尼和悬臂梁根部区域裂纹几何参数对裂纹梁疲劳寿命的影响。结果表明:随着裂纹相对位置的减小以及裂纹相对深度的增大,裂纹悬臂梁的固有频率和疲劳寿命则逐渐降低;而外界温度的升高也会导致裂纹悬臂梁固有频率和疲劳寿命的降低;同时随着阻尼损耗因子的逐渐增大,裂纹悬臂梁的疲劳寿命也会逐渐增加。     

基于DEM-FEM的污泥干化水分检测装置落料冲击特性与疲劳寿命分析

本文采用离散元和有限元方法(DEM-FEM),基于DEM-FEM对污泥干化水分检测装置进行数值模拟分析,深入研究取料机构的落料冲击与疲劳寿命等特性,得到了不同颗粒粒度下的冲击载荷分布、不同取料角度下的冲击特性、不同激励下的模态振型、幅频响应变化规律,以及不同载荷下的疲劳寿命分布和安全系数分布规律。结果表明,颗粒粒度与取料角度对冲击特性有显著影响,取料机构前进时电机的频率与结构固有频率的避开率达到24%,其结构稳定可靠;在正常轻度载荷下,能承受的应力循环次数为1×108;在100 N重载下,最小安全系数约为0.54,连接杆处易发生疲劳失效与断裂。该研究结果可为污泥干化设备的设计和研发提供一定的参考。     

瓦楞纸板结构疲劳损伤规律的探究

通过对瓦楞纸板结构的疲劳振动试验,对瓦楞纸板结构的疲劳性能进行初步探讨,获得了在一定频率条件下,施加不同载荷时瓦楞纸板结构的疲劳寿命,给出了相应的S-N曲线,提出了瓦楞纸板结构疲劳损伤数学模型。     

单边接触悬臂梁振动特性研究

本文采用实验分析的方法,研究单边接触悬臂梁振动系统在阶跃激励与敲击激励下系统的振动特性。利用Matlab软件对采集到的实验数据进行时频分析,发现单边接触约束条件并不改变梁的固有频率,但是在固有频率附近出现高阶谐振频率聚集的现象。     

瓦楞纸板结构疲劳特性探究

通过对瓦楞纸板的疲劳振动损伤试验、疲劳剩余强度试验和多级载荷下的疲劳损伤试验,对瓦楞纸板结构的疲劳性能进行了初步探讨,获得了在一定频率条件下,不同载荷时瓦楞纸板结构的疲劳寿命,给出了相应的F-N曲线,提出了瓦楞纸板结构疲劳损伤数学模型;得出了经历一定次数的疲劳振动后,瓦楞纸板结构的疲劳剩余强度的变化趋势及范围,分析了发生变化的原因,给出了疲劳剩余强度的修正模型;讨论了Miner准则对于瓦楞纸板结构多级应力疲劳损伤试验的适用性,并探讨了加载顺序对疲劳寿命的影响。     

不同加载频率下FV520B-I的疲劳行为与疲劳寿命

针对高强度钢FV520B-I分别进行了140Hz和20kHz两种加载频率下的疲劳实验。实验数据表明,20kHz加载频率下的疲劳寿命值均高于同应力幅值140Hz加载频率下的疲劳寿命值,而20kHz加载频率下材料的疲劳强度(450MPa)低于140Hz加载频率下的疲劳强度(500 MPa)。试件断口分析表明,加载频率的大幅提高使得疲劳失效由表面粗糙度缺陷引起的表面疲劳失效转变为内部非金属夹杂物引起的内部疲劳失效。基于三参数模型对实验数据进行拟合,建立了FV520B-I在不同加载频率下的疲劳寿命转换模型,提出了FV520B-I的疲劳寿命转换系数S′0,并发现转换系数S′0随着加载应力幅值的增大而增大,即加载频率对疲劳寿命的影响随着应力幅值的增大而增强。研究结果表明,疲劳寿命转换模型可以将超高加载频率下的疲劳寿命转换为传统加载频率下的疲劳寿命,且可以应用于FV520B-I的再制造工程疲劳分析。     

Effects of cyclic frequency and contact pressure on fretting fatigue under two-level block loading

Fretting fatigue tests involving the contact of flat and cylindrical titanium alloy Ti–6Al–4V surfaces, and constant- and two-level block remote bulk stresses are described. The constant-amplitude tests have been performed at cyclic frequencies of 1 and 200 Hz. The two-level block spectra involve the superposition of a 1-Hz, low-cycle fatigue (LCF) constant-amplitude component and a 200-Hz, high-cycle fatigue (HCF) component. Two values of contact pressure are considered. The cyclic frequency of 200 Hz is found to curtail the constant-amplitude fretting fatigue life regardless of the contact pressure applied. Increasing the contact pressure reduces life at 1 Hz but does not have any effect at 200 Hz. Under two-level block loading, the fretting fatigue life is determined primarily by the stress amplitude and high-cyclic frequency of the HCF component of the load spectrum. The LCF component is found to play a secondary role in the determination of the two-level block fretting fatigue life. Fracture topographies for the different test conditions are documented.     

磁巴克豪森噪声检测材料疲劳的励磁频率优化研究

磁巴克豪森噪声在铁磁性材料早期疲劳损伤的检测中具有巨大的应用潜力.在疲劳检测过程中,励磁频率作为磁巴克豪森噪声的激发源,对检测结果有重要影响.实验研究励磁频率对磁巴克豪森噪声检测铁磁性材料疲劳时检测结果的影响规律,以20R钢材料为对象进行低周疲劳实验,并在励磁频率分别为9,16,35,60?Hz下对取自同一母材的3个试...     

基于模态频率的缺口梁疲劳裂纹扩展寿命预测

从试验出发,研究了含V型缺口悬臂梁在循环载荷作用下的疲劳裂纹扩展特性及其模态频率变化规律,分析了模态频率与裂纹扩展增量间的关联性。将裂纹扩展增量作为损伤参量,建立了基于模态频率下降率与损伤参量的关系。基于损伤力学,建立了裂纹损伤与循环加载次数的演化模型。结合模态频率下降率与裂纹损伤参量的关系,提出了一种基于模态频率下降率的缺口梁疲劳裂纹扩展寿命预测方法,实现了基于当前裂纹损伤和对应循环次数的疲劳裂纹扩展剩余寿命预测。结果表明,模态频率下降率对缺口梁的疲劳裂纹扩展寿命敏感,该方法预测的疲劳裂纹扩展寿命与实测的疲劳裂纹扩展寿命基本吻合。     

Life estimation model of a cantilevered beam subjected to complex random vibration

An analytic methodology was developed to predict the fatigue life of a structure experiencing stationary, Gaussian random vibration excitation. This method allows the estimation of fatigue life using a frequency domain method, where only the input power spectral density and damping factor are required. The methodology uses linear elastic fracture mechanics for fatigue crack propagation and accounts for the frequency shifting that occurs due to fatigue crack evolution. Good results have been obtained comparing the analytic model to both finite element analysis (FEA) and experimental results, for mild‐steel cantilever beams.     

挤压镁合金AM60的腐蚀疲劳

研究了加载频率、溶液pH值、氯离子浓度和氟化物转化膜等对挤压镁合金AM60疲劳寿命的影响,讨论了疲劳机理及AlMn相的作用.结果表明:在空气中10 Hz以下,疲劳寿命与频率有一定的关系;而在10 Hz以上,疲劳寿命与频率无关.AM60在中性溶液中疲劳寿命最短,在碱性溶液中疲劳寿命最长.氯离子能明显地降低疲劳寿命,含氟转化膜提高腐蚀疲劳寿命的作用不明显.断口分析表明,挤压镁合金AM60疲劳裂纹的形成与AlMn相粒子有关.在空气中,疲劳裂纹源为AlMn相粒子;而在溶液介质中,腐蚀疲劳裂纹萌生于AlMn相粒子周围的点蚀坑.     

准同型相界附近PZT压电陶瓷电致疲劳性能研究

研究了准同型相界(morphotropic phase boundary 简称MPB)附近不同组分的锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷在交流电场下的电致疲劳特性.发现电场频率对材料的电致疲劳性能有较大影响.高频电场下不同组分PZT材料的疲劳现象均不明显;低频电场下,不同组分的PZT材料疲劳特性差异较大.分析认为氧空位及其缔合缺陷偶极子在不同频率交变电场下的响应差异是其主要原因.拉曼光谱分析表明,低频疲劳后准同型相界区材料中部分菱方相转变为四方相,使其抗疲劳性能下降.     

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。     

Mechanical fatigue in aluminium at elevated temperature and remaining life prediction based on natural frequency evolution

Fatigue is one of the principle damage mechanisms in materials especially at elevated temperatures. It possesses a great influence on the material properties and the possible working life. In this work, a novel technique for the analysis of fatigue at elevated temperature is suggested. Material fundamental frequency and its drop are used as the key parameters to predict the remaining useful life of a selected shape specimen, which is operated under low‐cyclic fatigue loading at elevated temperature. Experiments are performed on aluminium 1050 with two different lengths of a non‐prismatic cantilever beam at room temperature, 100, 200 and 300 °C, respectively. The experimental data is further transformed in to an empirical correlation that can predict specimen useful life. The error in this life prediction is less than 5%, and it reduces more once the frequency drop is increased.