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     

热声激励下金属薄壁结构的随机疲劳寿命估算

金属薄壁结构在热声载荷作用下会发生复杂的大挠度非线性响应,结构内部快速变化的复杂应力严重降低了结构的疲劳寿命。在结构热声激振非线性响应分析基础上,采用雨流循环计数法对应力响应时间历程进行疲劳循环计数,通过Morrow TFS,SWT平均应力模型将疲劳循环进行零均值等效处理,结合Miner线性损伤累积理论,计算结构的热声疲劳寿命。以2024-T3型铝合金薄板为研究对象,计算得到了屈曲前后四种温度条件有限带宽高斯白噪声载荷作用下的非线性动态响应,并估算了疲劳寿命。分析结果表明,屈曲前结构的疲劳寿命随着温度升高下降,屈曲后结构持续跳变时的疲劳寿命持续下降直至最低,结构进入间歇跳变区域后疲劳寿命上升,结构热声疲劳寿命与非线性响应特征具有特定的对应关系。     

疲劳振动效应对瓦楞纸板承载能力与缓冲性能的影响

瓦楞纸板作为产品运输包装的承载与缓冲基础材料,其使用过程中的性能保持性至关重要。运输振动将引起纸板疲劳破损,导致其相应性能的变化。对单瓦楞纸板进行加速度为0.5－2.0g、振动频率为20Hz的疲劳振动试验;进行瓦楞纸板的准静态压缩、跌落冲击试验,测定其承载能力与冲击加速度。结果表明,随着振动次数、振动强度的增加,纸板的承载能力、剩余屈服应力显著降低,缓冲性能下降。在此基础上,基于瓦楞纸板冲击试验数据,分析不同振动次数对瓦楞纸板的冲击最大加速度和缓冲系数的影响,获得了瓦楞纸板冲击最大加速度—静应力—振动次数、缓冲系数—最大应力—振动次数三维关系。研究表明瓦楞纸板存在疲劳破坏效应,研究结果为瓦楞纸板的疲劳缓冲包装设计提供技术依据     

基于刚柔耦合仿真的集装箱车体振动疲劳分析

为了分析结构振动对疲劳寿命的影响程度,提出了一种基于刚柔耦合仿真的振动疲劳分析方法。利用柔性体接口处理技术对策（ITTS）,建立刚柔耦合系统模型,其中,柔性体在动约束作用下能够形成具有相关模态振动特征的弹性振动。应用基于子结构模态综合法（CMS）的动应力恢复方式,进行危险点动应力与模态振动的相关性分析和动应力变化的幅频统计对比,以确定疲劳性质及振动影响程度。结合集装箱平车垂向加速度偏大问题,利用两种柔性车体模型：模态质量和附着质量车体模型,确定了车体在斜楔摩擦粘-滑振动作用下形成了具有2阶垂向弯曲模态振动特征的弹性振动。根据危险点动应力的模态相关性分析和幅频统计对比,集装箱地脚的垂向纵向约束力是造成大幅值循环应力出现的主要原因之一,而结构振动对疲劳寿命的影响程度约为（20-25）%。     

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。     

基于统计与粗糙集理论的飞机垂尾抖振载荷分布假设选择与评价方法

研究飞机垂尾抖振问题的主要任务之一是编制抖振疲劳载荷谱、估算飞机结构的抖振疲劳寿命并校核飞机结构的强度等,一般通过统计方法来建立其抖振疲劳载荷时程的峰(谷)值分布模型,而分布模型的优劣对确定各飞行状态下的极限工况及抖振响应的循环次数与幅值分布等信息影响显著。通过分析五种常用于描述抖振疲劳载荷峰(谷)值的概率分布假设模型：正态分布、对数正态分布、威布尔分布、瑞利分布和极值分布,给出了基于参数估计的概率分布规律,并提出了一种采用各概率分布假设所对应模型的“拟合优劣指标”作为评价和选择的依据。同时,结合各分布模型的特性对飞机抖振载荷时程处理要求的匹配程度,运用粗糙集理论确定了系统评价指标的最小分辨距离与最大分辨率,来消除由于误差引入导致的评价指标数值差异而造成的误判。算例分析表明,该方法可合理且高效地实现对飞机抖振载荷概率分布假设的正确评价与选择     

汽车排气系统吊耳动刚度优化方法的研究

基于汽车排气系统吊耳传递的动态载荷最小、吊耳耐疲劳性最好,建立了考虑动力总成在内的排气系统振动分析模型。进行了排气系统的自由模态和约束模态的测试,并和计算值进行了对比分析,证明了所建立的排气系统振动模型的正确性。以吊耳的垂向动态载荷最小和其静变形量在一定范围内为优化目标,建立了排气系统吊耳动刚度优化模型。优化后,在怠速工况和2档全负荷加速工况下对车身底板驾驶员位置进行了振动响应测试,测试结果表明,利用优化后的吊耳刚度,能够有效降低车身底板的振动加速度,表明了阐述的排气系统建模和吊耳动刚度优化方法的有效性。文中建模与优化方法,对排气系统的吊耳动刚度计算与优化具有指导意义。     

基于疲劳寿命的旋翼气动弹性多目标优化研究

基于Hamilton原理基础上推导了旋翼桨叶有限元动力学模型和疲劳寿命计算模型。以动力学特性的固有频率,自转惯量为约束,以剖面特性参数的挥、摆、扭刚度及桨叶线性密度为设计变量,进行最小质量及最大疲劳寿命的多目标优化。采用满足溢出分析的优化算法（Satisficing Trade-off Analysis）。结果在满足各约束条件下,实现旋翼桨叶质量减少7.27％,疲劳寿命循环次数由3.98 108次到4.73 108次,寿命提高了18.7%,优化效果明显。     

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。     

基于ESLs结构优化法的搅拌车副车架疲劳设计

疲劳问题是搅拌车副车架设计中的重要研究内容之一。将ESLs结构优化方法、拓扑优化方法与疲劳预测相结合,提出一种在部件设计初期,通过动态拓扑优化得到合理的部件拓扑结构,从而使部件同时满足疲劳寿命和轻量化设计要求的疲劳设计方法。该方法首先建立了搅拌车瞬态响应分析的优化模型,并且通过实验验证了模型的准确性。然后生成路面谱,并对关键点疲劳寿命进行评估;最后在简化后的路面谱与重力的作用下进行疲劳设计。对某型搅拌车副车架的疲劳设计结果表明,采用该方法对结构进行疲劳设计能得到更加合理的部件结构,达到了疲劳设计的目标。     

灰色模型在塑编袋老化试验中的应用

抗老化塑编袋的研发过程中需要进行人工加速老化试验。由于老化试验会导致时间及生产成本的增加,故通过GM(1,1)模型,分别使用5个及9个数据对最终试验结果进行预测,并计算和比较了2种预测结果的相对误差。结果表明,使用9个数据得到的预测结果误差在可接受范围内,可以使用该模型进行预测。利用此模型进行预测,人工加速老化的试验时间可以缩短为96 h,因而可以降低成本,缩短研发时间。     

基于灰色理论的高强铝合金应力腐蚀开裂预测模型的建立与应用

采用3.5%NaC1溶液中预制裂纹的方法测试了2124高强铝合金的应力腐蚀裂纹扩展长度随时间的变化,获得了裂纹扩展速率随腐蚀时间的变换规律及应力腐蚀断裂韧性界限值,并对断口进行分析.根据裂纹扩展的基本规律,运用灰色理论GM(1,1)模型,依据2124铝合金应力腐蚀开裂裂纹扩展长度的原始数据进行了灰色预测,并对预测结果进...     

BFRP筋温度损伤后的疲劳性能研究

开展温度损伤后的玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)疲劳性能研究,对其在高温环境中的合理使用具有重要意义。提出改进单点-成组法,借助灰色理论GM(1,1)模型结合极值原理对疲劳S-N曲线三参数表达式进行回归分析,推导随应力水平变化的三参数Weibull概率密度函数,根据极大似然估计原理确定分布参数。通过非线性拟合方法建立综合考虑温度和可靠度影响的Weibull概率疲劳T-P-S-N模型。通过温度损伤后的BFRP筋疲劳性能试验研究温度损伤对其疲劳性能的影响,并验证理论模型。结果表明:BFRP筋疲劳寿命随温度和可靠度的升高疲劳寿命呈下降趋势,与实际相符;建议模型能较好描述BFRP筋疲劳性能随温度和可靠度的变化趋势。     

A Grey Prediction Model on Vibration Severity Development of a Pump

The method to enhance the precision of a grey model GM (1,1) for predicting the development of vibration severity of a pump is inwestigated. The rectifying procedures involve the structure and the parameters regarding GM(1,1).A new model based on GM(1,1),which is GM(E,1,1), is proposed. In GM(E,1,1),the distribution of relative errors ratios between the original series and predicting series obtained by the mean of GM(1,1)are considered in special points to set up the threshold and adjusting coefficients to control the modified action and the rectified amount based on distribution of the original series. The case shows that GM(E,1,1) is good at predicting the vibration severity development of the pump.     

Application of a combined high and low cycle fatigue life model on life prediction of SC blade

A combined high and low cycle fatigue life prediction model for nickel-base single crystal (SC) has been presented to analyze the low cycle fatigue (LCF) and high cycle fatigue (HCF) life of SC blade. In the paper, a power law function of life model based on crystallographic theory is adopted to predict the LCF life. A power law function based on elastic analysis is adopted to predict the HCF life. Furthermore, the LCF and HCF experiments at different temperature are carried out to obtain the model parameters. The predicted results show that the model is reasonable for LCF and HCF. The linear life model introduced in the paper satisfies the combined high and low cycle fatigue life prediction of nickel-base single crystal superalloy. Special attention is put on the combined high and low cycle fatigue life of SC turbine blade. The resolved shear stress and first-order vibration stress are analyzed by the crystallographic rate dependent finite element analysis (FEA) and orthotropic elastic FEA, respectively. It is shown that the prediction model can be well used in the fatigue life prediction of SC blade.     

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...     

Numerical study on fatigue crack growth in railway wheels under the influence of residual stresses

Accurate prediction of fatigue crack growth on railway wheels and the influence of residual stresses by finite element method (FEM) modeling can affect the maintenance planning. Therefore, investigation of rolling contact fatigue and its effect on rolling members life seem necessary. The objective of this paper is to provide a prediction of rolling contact fatigue crack growth in the rail wheel under the influence of stress field from mechanical loads and heat treatment process of a railway wheel. A 3D nonlinear stress analysis model has been applied to estimate stress fields of the railway mono-block wheel in heat treatment process. Finite element analysis model is presented applying the elastic–plastic finite element analysis for the rail wheel under variable thermal loads. The stress history is then used to calculate stress intensity factors (SIFs) and fatigue life of railway wheel. The effect of several parameters, vertical loads, initial crack length and friction coefficient between the wheel and rail, on the fatigue life in railway wheels is investigated using the suggested 3-D finite element model. Three-dimensional finite element analysis results obtained show good agreement with those achieved in field measurements.     

缓冲算子修正的单桩极限承载力的灰色预测

如何利用未达到破坏的试桩资料确定单桩极限承载力是一个重要的工程问题。根据单桩初始加载阶段的实测数据,建立以灰色系统理论为基础的GM(1,1)模型,预估单桩极限承载力,已在工程实际中取得一定的效果,但其精度有待提高。该文系统地论述了缓冲算子的概念和公理系统,探求了缓冲算子的使用规律,介绍了几种典型的缓冲算子及其特性,并采用缓冲算子修正了GM(1,1)模型以预测单桩的极限承载力。工程实例表明:该文的模型提高了预测精度,可在工程实际和理论研究中推广应用。     

灰色模型GM(1, 1)优化

分析了GM(1, 1)模型产生模拟误差的原因，经大量的数据模拟和GM(1, 1)模型比较，发现背景值的优化使GM(1, 1)模型在短期、中期及长期预测中扩大了适用范围，并且模拟及预测精度显著提高。     

雪崩光电二极管高精度三维微调架结构设计与分析

通过利用计算机软件实体建模及有限元分析和测试实验的方法,为某卫星激光测距系统的雪崩光电二极管接收器设计了新型结构的高精度三维微调架.首先,使用UG软件进行三维实体建模;然后,利用有限元分析软件MSC.Patran对微调架模型进行静力分析和模态分析;最后,对微调架实物进行振动和精度测试实验.实验结果和有限元分析结果较为吻合,验证了有限元分析的可靠性.软件设计及分析和测试实验的结果表明微调架的设计满足预期的设计要求,能够实现对雪崩二极管的精密调整,使其正常工作.