一种估算结构件随机疲劳寿命的新方法

提出了基于随机载荷历程频率域信息──功率谱密度函数（Ｐ．Ｓ．Ｄ）估算结构件低周疲劳寿命的一种新的计算方法。采用这种方法只要已知应力历程的功率谱密度和材料应变疲劳性能参数就可对承载结构件进行随机疲劳寿命估算。因此，对于结构设计阶段的使用寿命预估具有实际意义。最后，通过对缺口件的随机疲劳寿命估算及与试验结果比较验证了本文方法的适用性。     

基于应力概率密度和功率谱密度法的随机声疲劳寿命预估方法研究

针对航空发动机燃烧室火焰筒结构的声疲劳问题,研究了一种用于随机载荷下结构疲劳寿命预估的有效方法。首先,对薄壁结构在随机载荷作用下的Von Mises应力过程的概率分布作了研究,给出了应力峰值概率密度函数的表达式。基于Miner线性理论,提出了基于应力概率密度和功率谱密度法的随机声疲劳寿命预估方法,并建立了疲劳寿命预估模型。以某型航空发动机燃烧室火焰筒结构为例,在采用耦合的有限元和边界元方法计算出随机声疲劳应力基础上,应用所建立的模型进行了疲劳寿命估算,并对计算结果进行了宽带修正。结果表明,该方法对航空薄壁结构随机疲劳寿命分析具有实用性。     

疲劳寿命计退火特性及电阻变化推算载荷谱的研究

对三种交变应变量循环后的疲劳寿命计在不同温度下进行退火实验,由它们在低于再结晶温度退火后电阻去除量的不同,得出疲劳寿命计在交变应变作用下电阻累积的主要机理。根据疲劳寿命计的标定特性曲线和在载荷谱下的响应特性,由三个不同方向粘贴的疲劳寿命计电阻变化推算载荷谱,该方法扩大了疲劳寿命计的使用范围。     

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。     

机翼构件不同载荷谱下的寿命反推

对飞机机翼构件在不同截荷谱下的宏、微观断裂特征进行了观察与分析，并结合载荷谱中的应力变化特点，对A飞机和B飞机翼构件在不同载荷谱下的裂纹扩展寿命进行反推。结果表明，载荷谱中不同的应力变化在失效构件断口上反映出不同的宏、微观断裂特征，采用断口定量分析技术可反推构件的疲劳寿命，并依此反推构件疲劳裂纹形核的先后顺序。     

变流器穿墙套管安装板在随机载荷下的振动疲劳寿命分析

以动车组中变流器穿墙套管安装板为研究对象,建立其在实际工况下的等效有限元模型,并通过模态测试得到模态参数校验修正的有限元模型,保证模型的合理性.然后采用IEC61373—2010标准中的加速度功率谱作为激励载荷,根据频域随机疲劳理论,利用有限元分析软件ANSYS和n Code Design Life对穿墙套管安装板进行...     

随机载荷作用下疲劳寿命分布预测模型

为了研究构件在随机载荷下的疲劳寿命分布,建立疲劳寿命分布预测模型.应用雨流计数法,将随机载荷-时间历程处理成以载荷幅值和均值为随机变量的二维联合概率密度函数,得到构件的二维疲劳载荷谱.从Miner累积损伤的定义出发,分析了累积损伤分散性的来源.以此为基础,通过建立等幅疲劳中值Sa-Sm-N曲面,提出了基于二维载荷谱的疲劳寿命分布预测模型,当累积损伤的概率分布已知时,可以估算出构件的疲劳寿命分布,进而得到零件在任一时刻的可靠度.最后,给出了一个具体应用实例.结果表明所提出的疲劳寿命分布预测方法具有较好的工程实用价值.     

车辆承载部件随机疲劳计算方法分析

基于随机疲劳相关理论,阐述了车辆承载部件的随机疲劳特性;从车辆承载部件的随机疲劳分析与结构设计出发,对比分析了承载部件在结构设计中用到的一些随机疲劳计算方法,并列出了基于高斯分布和Miner线性累计损伤定律的三区间法的具体计算过程。通过对比分析,指出了各随机疲劳计算方法的优缺点及应用范围。为车辆承载部件的结构设计、成形工艺提供指导。     

基于MSC.Fatigue的汽车驱动桥壳疲劳寿命预估

运用三维造型软件Pro/Engineer Wildfire2.0建立某型商用车驱动桥后桥壳的实体模型.依据有限元基本理论,进一步建立该桥壳的有限元模型,并在通用有限元分析系统MSC.Nastran中进行有限元应力分析.基于应力分析结果,采用有效的疲劳寿命预估方法,利用专业耐久性疲劳寿命分析系统MSC.Fatigue对该桥壳进行全寿命分析,得到桥壳整体的疲劳寿命分布和危险点的寿命值.通过与台架疲劳试验的桥壳失效情况相对比,预估结果与试验结果一致.而后对在试验中发生破坏的桥壳进行疲劳断口的微观分析.最终在试验与仿真分析结果的基础上提出对该型桥壳生产的改进方案。     

疲劳裂纹扩展试验载荷谱加重方法研究

为探索缩短疲劳裂纹扩展试验周期的载荷谱处理方法,对多种裂纹扩展模型进行了综述,概括出一种通用的裂纹扩展预测模型表达式。提出了一种将峰谷值同时等比例放大的载荷谱加重方法,并推导出加重前后裂纹扩展寿命的转换关系。用一种随机谱和两种块谱的基准谱及对应四种比例加重谱进行了LY12CZ中心裂纹板裂纹扩展试验,用常幅载荷谱及其1.1倍加重谱进行了典型机身壁板结构裂纹扩展试验。试验结果表明载荷谱等比例加重方法可以有效缩短疲劳裂纹扩展试验周期而不改变结构破坏模式,而分析结果表明由该方法预测的裂纹扩展寿命与试验结果的误差在15%以内,满足工程精度要求。     

弹塑性随机有限元在低周疲劳分析中的应用

推导了交变载荷下弹塑性随机有限元的迭代格式,计算了局部多轴应力应变的随机响应.迭代格式中,针对复杂的交变载荷,采用运动强化模型反映塑性变形引起的各向异性和包辛格效应,运用Jhansale模型描述材料的瞬态应力应变关系.弹塑性有限元分析,克服了以往近似方法只能计算单轴局部应力应变响应的缺陷,为多轴疲劳分析奠定了基础.考虑零构件的随机因素,将随机有限元方法引入到交变载荷下弹塑性有限元的迭代格式中,得到局部应力应变的随机响应,为低周疲劳可靠性分析提供了更精确的依据.Mont Carlo模拟结果证实了提出的弹塑性随机有限元方法是可靠的.     

基于局部应变能密度法的缺口多轴疲劳寿命评估

本文提出了包括实验和数值工作在内的综合分析,阐明了缺口行为对比例多轴疲劳寿命的影响。方法对45钢和45QT钢进行了考虑缺口半径和开口角的多轴疲劳试验,基于平均应变能量密度理论的多轴疲劳分析的分析和计算框架进行了研究,以处理能量梯度。结果显示,大量新的疲劳数据首先通过法向应力和剪应力进行汇总,然后通过凹口尖端周围受控体积中的局部应变能密度重新分析。结论缺口角度对比例载荷下多轴疲劳数据的影响较小,而缺口半径是影响疲劳寿命的主要因素。     

直升机尾减速器机匣疲劳试验方法研究

根据减速器机匣疲劳损伤应力循环的动、静应力包罗线方法确定了疲劳试验加载方案;根据设计载荷谱或飞行实测,确定各载荷作用点的状态载荷并编制了疲劳试验谱;根据减速器机匣的受力形式,完成减速器机匣疲劳试验装置的设计。结果表明,该试验装置既可以考虑高频动载荷的影响,又能简化疲劳试验的加载程序,明显缩短了疲劳试验的周期。     

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。     

复合材料疲劳可靠性研究

将复合材料疲劳可靠性研究领域划分为载荷／环境谱的编制、疲劳性能、疲劳寿命估算及疲劳可靠性分析与设计四个方面,并分别简述了各自方面的研究进展。     

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。     

高温合金材料时间相关热机械疲劳寿命预测技术

本文在变温非线性运动强化规律所描述的高温合金材料热机械疲劳应力-应变循环特性的基础上,重点讨论了应变控制的时间相关热机械疲劳寿命预测技术。对于温度循环的影响,采用由应变能密度表示的损伤参数,并且引入了温度损伤系数。对于循环时间的影响,引入了蠕变─疲劳相互作用的损伤机制,采用韧性耗散损伤模型。在确定模型的一些参数时,采用等温力学试验和疲劳试验的数据,把等温疲劳研究成果推广到变温疲劳分析领域。     

铂铑热电偶丝在等幅载荷下的疲劳寿命的研究

文章研究了铂铑热电偶丝在等幅载荷下的疲劳寿命并得到了具体的疲劳寿命数据,也发现了影响铂铑偶丝疲劳寿命的因素。结果表明:随着偶丝铑含量的增加,偶丝的疲劳寿命降低;随着偶丝线径的变粗,偶丝的疲劳寿命降低;真空熔炼炉制造的偶丝疲劳寿命优于高频熔炼炉;水冷铜模铸造的偶丝疲劳寿命优于石墨模铸造。     

弯曲疲劳载荷作用下HPC和HPFRCC抗氯离子扩散性能研究

在疲劳和环境因素耦合作用下,混凝土材料与结构易于加速损伤劣化,从而影响到混凝土结构的服役寿命.针对混凝土损伤发展的第Ⅱ阶段,采用残余拉应变来表征损伤变量,研究了疲劳载荷与氯离子协同作用下对高性能混凝土(HPC)和高性能纤维混凝土(HPFRCC)耐久性的影响.研究结果表明:随着残余拉应变的增加,氯离子在HPC和HPFRCC扩散系数均增大,而且当残余拉应变超过60×10-6时,这种增加幅度开始更加明显;在疲劳载荷与氯盐耦合作用下,HPC和HPFRCC的服役寿命均低于单一环境因素作用下的混凝土服役寿命.因此,疲劳载荷会加速因环境因素作用引起混凝土损伤劣化进程.文章还从混凝土内部微结构的演变来解释这种损伤耦合效应.     

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。