基于二维载荷谱的疲劳寿命估算

在随机疲劳载荷作用下．应用雨流计数法建立二维疲劳载荷谱,将随机载荷-时间历程处理成以载荷幅值和均值为变量的二维联合概率密度函数：通过建立等幅疲劳中值Su-Sm-N曲面,应用Miner线性疲劳累积损伤理论,提出了基于二维载荷谱的疲劳寿命估算方法？最后,给出了一个具体应用实例,计算结果表明,应用二维疲劳载荷谱进行疲劳寿命计算较一维载荷谱更为合理,具有较好的工程应用价值。     

二维随机载荷作用下汽车螺旋弹簧疲劳损伤研究

提出了二维随机载荷谱外推的三种方法;对幅值服从形状参数α=1、位置参数ε=0的威布尔分布和均值服从正态分布的二维随机载荷的当量载荷的概率密度函数进行了推导,给出了概率密度函数的数学模型。以一款城市SUV为研究对象,采集试验场强化路面的载荷谱数据,提出了采用样本截断方法进行随机载荷谱参数估计的方法。参数检验结果表明,在中高载荷段,采用该方法可以很好地实现对所采集的载荷谱数据的拟合。采用载荷谱分级法对所采集的二维随机载荷进行外推,基于外推的载荷谱对疲劳损伤进行计算分析,研究了不同的载荷分级方法对疲劳损伤计算结果的影响。研究结果表明,当载荷谱幅值分级小于20级时,损伤计算会有较大误差,出现偏小的结果,载荷均值的分级影响相对要小于幅值的分级影响。     

装载机工作装置疲劳试验载荷谱编制方法

为研究装载机工作装置疲劳性能,提出了一种考虑分段载荷均值特性的工作装置疲劳试验程序载荷谱的编制方法,采集了4种典型物料铲装作业时工作装置的销轴载荷信号,并将销轴载荷转化为铲斗斗尖处的当量载荷。根据载荷特性,将每个作业周期分为空载行进、物料铲装、满载运输和物料卸载4段,完成了载荷的平稳性检验。采用雨流计数法分析各个作业段载荷的均幅值分布特性,结果表明：4个作业段的载荷均值服从正态分布,幅值服从三参数威布尔分布,且均值和幅值分布相互独立。对载荷进行频次外推和合成,并根据均幅值概率分布函数和波动中心法,编制了工作装置8级二维载荷谱和变均值疲劳试验程序加载谱。提出的载荷谱编制方法和结果可为装载机工作装置结构寿命预测及疲劳可靠性台架试验提供参考。     

随机载荷下矿用自卸车后桥壳疲劳寿命分析

矿用自卸车行驶路况非常恶劣,为研究国产首台SF33900型矿用自卸车后桥壳的疲劳寿命,建立后桥壳有限元分析模型,将载荷峰值作用下的仿真应力结果与试验结果进行对比分析,得出两者数值比较接近,从而验证了该模型具有一定的准确性。将动力学分析结果作为后桥壳疲劳寿命分析的随机载荷谱,得出水平路面普通工况下的疲劳寿命分布云图,其最小寿命满足工程要求。为研究载荷变化对后桥壳疲劳寿命的灵敏性,对比分析三处载荷变化对后桥壳疲劳寿命的影响程度,得出后横拉杆和悬架下支点位置受力变化对后桥壳疲劳寿命影响较大。另外,还考虑载荷频率变化对后桥壳疲劳寿命的影响,结果表明,载荷频率变化比幅值变化更能影响疲劳寿命。     

变幅载荷下填充型天然橡胶疲劳试验与预测方法研究

以填充天然橡胶哑铃型圆柱试件为研究对象,进行不同应变比R与变幅载荷下的单轴疲劳试验,并分析变幅载荷对疲劳寿命的影响。以应变幅值为损伤参量,建立基于应变比R=0的等效应变幅值统一疲劳寿命预测模型,利用该模型预测所有应变比工况下的疲劳寿命,其预测值与实测寿命的偏差在2倍分散因子以内;对不同应变比R、载荷水平、加载顺序与停顿时间等变幅载荷下的疲劳寿命进行单轴疲劳试验,基于Miner线性损伤法则预测变幅载荷下的疲劳寿命,和实测寿命相比其偏差都落在2倍分散因子以内;对哑铃型试件进行随机载荷疲劳试验,通过雨流统计和不同应变比R下的统一疲劳寿命预测模型计算其总寿命,预测结果和实测结果最大误差在34%以内。验证了Miner线性损伤法则在填充型天然橡胶疲劳寿命预测中的普适性,所建立的不同应变比R下的等效应变幅值统一疲劳寿命预测模型可用于橡胶隔振器的前期耐久评估。     

机械零件疲劳载荷谱的编制方法研究

在对疲劳载荷进行统计处理的基础上,利用双参数雨流计数法和零均值转化公式对疲劳载荷均值进行了处理,消除了非零均值的影响,得出了均值与幅值的影响,得出了疲劳载荷谱多工况编制方法,为疲劳寿命分析奠定了基础,并给出了具体实例。     

基于联合概率密度的随机声疲劳寿命估算方法

针对燃烧室火焰筒结构随机声疲劳问题,根据有限带宽高斯白噪声载荷作用下结构振动响应功率谱密度得到雨流循环均值-幅值条件概率的计算式,结合雨流循环幅值概率密度Dirlik经验公式推导出雨流循环均值-幅值联合概率密度函数,克服了在疲劳寿命估算中只考虑幅值、忽略雨流循环均值影响的局限性。根据Miner线性累积损伤理论,运用获得的联合概率密度函数建立声疲劳寿命的估算方法。以某型航空发动机燃烧室火焰筒结构为例,利用耦合的有限元和边界元方法进行振动响应计算分析。基于应力响应结果,运用提出的方法对火焰筒结构进行疲劳寿命估算,并分析不同声压级的声载荷对火焰筒结构疲劳寿命的影响。研究表明,该方法对航空薄壁结构声疲劳寿命分析具有适用性。     

军用车辆传动系零件载荷谱的建立

研究建立军用车辆传动系的全寿命设计谱和试验载荷谱。采用雨流法对实车测得的载荷时间历程进行二维统计处理，建立并检验载荷幅值与均值的二维分布函数，结合军用车辆传动系零部件的载荷特点，对车辆多工况全寿命载荷谱进行合成，得到可供军用车辆传动系零部件疲劳设计和试验用的设计谱与试验谱。     

装载机连杆载荷测试与载荷谱编制方法研究

为了研究装载机连杆载荷与疲劳可靠性试验所需载荷谱特性,提出一种连杆载荷测试与载荷谱编制方法。设计连杆力测试传感器,在大石方、黏土、砂子和小石方4种物料工况下进行连杆载荷测试试验。利用峰谷抽取和小波处理实现了实测数据的压缩编辑,通过雨流计数获得了合成工况下连杆载荷均值频次和幅值频次分别服从正态分布和三参数威布尔分布的拟合数学模型,且载荷均值分布和幅值分布相互独立,编制了连杆二维载荷谱和疲劳试验程序谱,为连杆结构疲劳可靠性分析提供依据。     

车身台架疲劳试验程序载荷谱研究

提出一种能简化加速车身台架疲劳试验的程序载荷谱编谱方法。基于试车场实测路谱准确获取车身连接点随机载荷谱,并简化为车身转矩载荷谱。应用雨流计数法和数理统计方法,得到均幅值载荷分布规律,其中均值服从正态分布,幅值服从威布尔分布;编制程序载荷谱并简化。应用有限元法和疲劳分析理论对车身疲劳寿命进行预测,从疲劳所用时间和行驶里程两个方面对危险部位寿命进行比较分析;结果表明,在车身连接点随机载荷谱和编制的程序载荷谱的作用下,车身的损伤分布及大小基本一致,验证程序载荷谱的有效性。所提出的编谱方法对其他车型的车身台架疲劳试验也有一定的应用和参考价值。     

考虑平均应力效应的Tovo-Benasciutti疲劳寿命预测模型

为了考虑平均应力对循环载荷作用下结构振动疲劳寿命的影响,对Tovo-Benasciutti疲劳损伤模型进行了平均应力修正。采用径向基函数法构造平均应力修正系数与随机应力带宽系数之间的近似模型,建立了考虑平均应力的Tovo-Benasciutti疲劳损伤模型。利用所建立的模型对某简单梁进行了疲劳寿命估计。结果表明：考虑平均应力效应的Tovo-Benasciutti模型能得到与试验更一致的结果。     

考虑附加强化效应及平均应变的多轴疲劳寿命预估

考虑多轴加载条件下裂纹萌生和扩展的物理意义,将Miner理论与临界面法相结合提出了一种多轴等效线性疲劳寿命预估模型;将循环屈服应力与静态屈服应力的比值用来反映材料的循环强化能力,并定义了附加强化因子,考虑相位差及载荷条件对非比例附加强化效应的影响,对非对称加载下的平均应变进行了修正;利用等效应变预估模型、最大剪切应变幅模型及所提模型对5种材料的光滑及缺口试样多轴疲劳寿命进行了预估,并将预估结果与试验结果进行了对比分析,结果表明：比例加载时,3种模型都能获得较好的效果;非比例加载时,所提模型的预估效果要优于其他两种模型的预估效果。同时也验证了所提出的附加强化因子能够反映相位差及材料特性对附加强化效应的影响。     

基于剩余强度退化规律的疲劳损伤非线性演化模型

通过对正火４５钢的试验数据分析,提出了一个反映剩余强度退化的对数表达式,给出对称恒幅应力循环下疲劳损伤的定义与表达式。该表达工能够反映损伤演化的非线性特性。进一步分析了随机应力循环下结构的疲劳损伤,导出损伤演化的递推公式,并结合大量的计算给出结构在应力块重复循环下疲劳寿命估算的一个近似方法。     

Methodology to Evaluate Fatigue Damage of High-Speed Train Welded Bogie Frames Based on On-Track Dynamic Stress Test Data

The current method of estimating the fatigue life of railway structures is to calculating the equivalent stress amplitude based on the measured stress data. However, the random of the measured data is not considered. In this paper, a new method was established to compute the equivalent stress amplitude to evaluate the fatigue damage based on the measurable randomness, since the equivalent stress is the key parameter for assessment of structure fatigue life and load derivation. The equivalent stress amplitude of a high-speed train welded bogie frame was found to obey normal distribution under uniform operation route that verified by on-track dynamic stress data, and the proposed model is,in e ect, an improved version of the mathematical model used to calculate the equivalent stress amplitude. The data of a long-term, on-track dynamic stress test program was analyzed to find that the normal distribution parameters of equivalent stress amplitude values di er across di erent operation route. Thus, the fatigue damage of the high-speed train welded bogie frame can be evaluated by the proposed method if the running schedule of the train is known a priori. The results also showed that the equivalent stress amplitude of the region connected to the power system is more random than in other regions of the bogie frame.     

估算谱载下疲劳裂纹起始寿命的等寿命法

提出了一种新的估算谱载下疲劳裂纹起始寿命的方法，即等寿命法。该算法主要依赖于等幅试验结果，简便实用；同时能够反映变幅疲劳的基本特性。试验评估结果表明，该方法的预测能力明显优于当量损伤等其他十三种方法。     

SN-25 拖拉机半轴带存活率的疲劳寿命表达式

通过对文献［１］中疲劳试验结果的分析,采用当量切应力表示的疲劳寿命公式进行拟合,得到了其疲劳寿命表达式。统计分析表明,ＳＮ２５拖拉机半轴的疲劳寿命服从对数正态分布,其疲劳抗力系数和理论疲劳极限亦服从对数正态分布,据此,求出了给定存活率下的疲劳寿命表达式。     

底盘构件多轴随机载荷下高周疲劳准则研究

为探明汽车底盘构件在随机载荷下多轴高周疲劳准则的应用方法与寿命预测规律,以某品牌B级轿车为研究对象,通过采集试验场强化路轮心六分力信号,建立了整车多体动力学模型,应用虚拟迭代法获取转向节与其他零件连接点的载荷时间历程;建立转向节有限元模型,通过模态仿真与试验验证了有限元模型的准确性;提取了von Mises应力下寿命值最小节点的应力分量时间历程;研究了8种高周疲劳准则所基于的3种类型临界平面的计算方法,通过多轴循环计数提取临界面上正应力幅与剪应力幅,并计算不同准则对应的等效应力幅,总结幅值分布与寿命预测规律。研究结果表明,在幅值分布与寿命预测方面,Zhang-Yao准则的等效剪应力幅值整体偏大,预测寿命为1.09×105周次,较其他准则偏于保守;McDiarmid准则的大应力幅仅占3.4%,预测寿命为1.25×106周次,明显大于其他准则的预测寿命值,而改进的McDiarmid准则预测寿命值明显减小。在计算成本方面,von Mises准则无需提取临界面与多轴循环计数,应用最为便捷;Findley准则提取临界面过程需要计算所有平面的正应力与剪应力数据,故计算成本最高。     

应力与腐蚀因素对连接件腐蚀疲劳寿命交互作用的研究

在应力控制下分别研究了不同应力,预腐蚀时间对3．5％NaCl溶液中有涂层的LY12CZ铝合金铆接连接件的腐蚀疲劳性能影响的规律。试样结构是根据飞机蒙皮的真实结构设计制成的单剪切连接件,按实际工艺过程进行表面处理。试验结果表明,提高应力和延长预腐蚀时间均会缩短连接件的腐蚀疲劳寿命。应力与环境腐蚀因素对连接件的腐蚀疲劳寿命的影响作用不是简单的叠加关系,而是相互影响的,结果还表明,在无预腐蚀的条件下有涂层连接件在pH值为6的NaCl溶液中的腐蚀疲劳寿命比空气中的寿命要高,并且在高低应力范围内均有此现象,在30MPa下预腐蚀对连接件的疲劳寿命的影响作用比50MPa下预腐蚀对连接件疲劳寿命的作用要明显。