离心通风机结构随机振动下的疲劳分析

由于受路面不平度、线路结构、列车表面风压的变化等因素影响,可能会引起车辆横向和纵向振动加速度增大,通过转向架传递到机车车体,以较高频率产生车体的弹性振动,严重影响车体和其组成部分结构的强度和疲劳寿命。因此,通过有限元分析得出了通风机结构的随机振动Von-Mises均方根应力,采用基于高斯分布和Miner线性累计损伤定律的三区间法,计算随机振动疲劳损伤,得到了疲劳薄弱部位及疲劳分析结果,为离心通风机在随机振动环境下的疲劳分析提供参考。     

简化等效结构应力法车体焊点疲劳寿命评估应用研究

为简化建模流程和计算过程，引入简化等效结构应力法分析点焊结构的疲劳寿命。首先，介绍简化后的点焊有限元建模及简化等效结构应力法的原理；其次，建立某不锈钢车体(包括点焊接头)的有限元模型，以EN 12663标准中提供的三个方向加速度表示的动态载荷为车体疲劳载荷，对比分析简化等效结构应力法相较其它方法的优势。最后，选取危险部位的12个焊点进行疲劳评估。计算结果表明：基于简化等效结构应力的点焊疲劳预测方法具有较高精度，可以用于点焊车体焊点的疲劳寿命的预测。     

基于模态叠加法的车体疲劳寿命分析

基于模态应力恢复法,以模态叠加法获得的车体各模态位移响应为输入,得到车体有限元各节点模态应力载荷历程;使用Miner线性累积疲劳损伤理论对车体进行疲劳损伤评估。通过对不同模态的叠加得到对车体疲劳寿命影响较大的模态,结果表明:车体疲劳寿命主要受车体前10阶低频模态影响较大,高频模态对车体疲劳寿命影响较小。单独分析各阶模态对车体疲劳寿命影响,车体第1阶垂弯模态对车体各部位疲劳寿命具有较深的影响。     

应用多体有限元法预测车体结构疲劳寿命

利用多体动力学和有限元法结合的混合方法对机车车体结构疲劳寿命进行仿真研究.首先在SIMPACK中建立机车整车的多体系统动力学模型,根据不同的载荷工况计算其载荷时间历程;其次根据有限元准静态应力分析法,获得车体结构的准静态应力应变影响因子(stresses influence coefficient,SIC),再利用模态分析技术获得车体结构固有频率和模态振型,以及确定车体结构危险点位置.基于危险应力分布的动载荷历程,结合车体材料的S-N曲线以及Palmgren-Miner损伤理论,利用FE-FATIGUE软件的安全强度因子分析法和WAFO(wave analysis for fatigue and oceanography)技术进行标准时域的车体结构疲劳寿命预测,其中包括应力应变的循环计数、损伤累积和寿命预测.实测结果和仿真结果相互对比表明,这种方法可以有效预测车体结构的疲劳寿命,其精度和动力学与有限元模型的精度有关.     

吊挂随机振动疲劳影响因素分析

根据结构随机振动疲劳寿命的频域分析方法,采用有限元方法计算了某型导弹吊挂的随机振动疲劳寿命,同时研究了吊挂的结构参数对振动疲劳的影响。首先计算了结构的不规则系数;然后定量分析了不同结构参数对疲劳寿命的影响;最后为了研究平均应力对随机振动疲劳寿命的影响,采用Goodman准则推导了结构的平均应力修正系数。研究结果表明应力响应标准差是影响吊挂振动疲劳寿命的主要因素;材料参数和模态阻尼对吊挂的疲劳寿命有着较大的影响;平均应力对疲劳寿命的影响也不容忽视。     

基于AAR标准的货车疲劳寿命评估

介绍了美国AAR机车车辆手册的疲劳寿命计算方法,并以C70通用货车为例计算了其车体的疲劳寿命。计算载荷谱数据来源于AAR标准,采用载荷-应力转换系数将载荷谱转换为应力谱,计算方法采用基于名义应力法的Miner疲劳损伤累计法则。计算结果表明C70车体可以满足625万公里的安全运用要求。可作为AAR标准下铁路货车疲劳寿命计算的参考。     

随机载荷作用下微车车身结构疲劳寿命仿真分析

以微型车车身结构为研究对象,合理简化结构后建立车身有限元模型,确定载荷形式后,对车身进行静应力分析。以应力分析计算结果为基础,在动力学软件中计算获取车身承受的随机载荷,结合材料的S-N曲线和线性累积损伤理论,运用Goodman平均应力修正法,对车体进行全寿命疲劳分析,根据车身疲劳分析结果可知,该微型车车身结构疲劳寿命满足强度和疲劳性能要求。     

基于多轴准则的货车车体疲劳寿命分析方法

基于变幅应力循环的损伤等效恒幅应力计算方法和形状改变能密度理论,提出承受变幅循环,处于多轴应力状态下的结构的疲劳寿命分析方法。根据几何特征建立焊缝坐标系,计算节点在该坐标系下的应力分量,根据线路实测载荷谱获得节点应力谱;根据应力谱计算节点损伤等效恒幅应力,结合接头抗疲劳设计等级,计算节点材料利用度分量和综合材料利用度,评估结构在指定寿命下的疲劳强度。对敞车车体典型焊缝的疲劳强度进行评估,结果表明所研究焊缝的疲劳强度主要受正应力分量的影响,切应力对结构疲劳强度的影响较小。对比研究不同分析方法下的节点材料利用度特征,结果表明,当考察点具有显著的多轴应力特征时,依据AAR标准提供的方法和依据多轴应力法获得的结构疲劳强度评估结果间存在较大差异;依据多轴应力法进行评估时,所关注节点的材料利用度较采用AAR方法评估的结果小18.5%。采用多轴应力法评估疲劳强度有利于车体结构轻量化设计。     

基于等效结构应力法的镁合金接头疲劳寿命预测

针对镁合金焊接结构疲劳强度评估方法不全面的问题,在等效结构应力法的研究基础上,提出了镁合金焊接接头疲劳寿命预测方法。基于 200 余个包含不同特征的镁合金接头疲劳试验数据,采用有限元数值模拟,计算试件接头焊趾处的等效结构应力。结合 ASME 标准中对曲线拟合的规范,进行镁合金接头寿命曲线拟合,得出了预测疲劳寿命的常系数 C d 和 h 。将拟合结果与铝材的疲劳寿命曲线进行对比,结果表明,镁合金接头在 1×10^7?次循环下的疲劳强度约为 31.6 MPa ,同等条件下约为铝材疲劳强度的 82% 。该镁合金接头疲劳寿命预测方法可用于评估镁合金结构疲劳强度是否满足轨道车辆车体结构使用需求。     

A型地铁车体结构疲劳寿命分析

在轨道循环交变应力作用下地铁车体易产生疲劳损伤。获得车体的载荷-时间历程，进行了强度校核；利用雨流计数法获得了循环载荷谱，根据累积损伤理论对A型地铁车体疲劳寿命进行分析，研究了列车速度、二系弹簧垂向刚度与二系弹簧垂向阻尼系数等对车体关键部位疲劳寿命的影响，分别采用逐步回归法和BP神经网络模型对车体关键部位—枕梁疲劳寿命进行拟合与分析。结果表明，BP神经网络模型具有更高的拟合精度。为A型地铁车体结构疲劳寿命的预测提供理论依据。     

基于应力场强法的缺口构件场强值算法

工程上缺口构件疲劳寿命预测是结构设计过程中不可缺少的内容,基于这一现状通过修正后的场强法来更为有效地解决此类问题非常重要。针对传统应力场强法存在的问题,在考虑其原始假设的基础上,提出一种可以在不同结构尺寸及载荷环境下计算缺口构件场强值的方法。相比于原场强法中疲劳破坏区内各点对峰值点疲劳破坏的贡献作用,新方法认为破坏区内各点对峰值处的疲劳破坏具有“阻碍作用”,并将其做了定量分析。新方法还对模型所用参数、权函数的作用形式以及疲劳破坏区的界定准则做了适当修正,弱化了场径取值对场强求解的影响,克服了传统场强法中场径定义的难题,使场强值具有了一个客观存在的精确解。另外,综合考虑缺口形貌及其附近应力的分布特征,优化了原场强法的积分形式,大大简化了场强值的求解过程。最后还应用修正后的场强法对缺口试样疲劳数据进行了计算,分析结果表明,新模型的寿命预测误差系数可保持在0.24以内,充分满足工程需求。提出的修正模型能保持高预测精度,计算过程很简洁,有很高的推广价值。     

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。     

连接件振动疲劳寿命分析的名义应力法

提出了采用名义应力法估算振动载荷下连接件疲劳寿命的方法。综合考虑连接件孔边的应力均方根集中程度、孔表面状况和填充系数的影响,给出了连接件在振动载荷激励下的应力均方严重系数,然后结合连接件孔边的动态特性给出了振动疲劳缺口系数的计算公式。设计并完成了两种激励谱下304不锈钢的连接件振动疲劳试验,结果表明该方法可以很好地预测连接件的振动疲劳寿命。     

机车牵引齿轮接触应力及疲劳失效微观分析

根据20CrMnMo材料的牵引齿轮真实参数,利用ANSYS软件建立有限元模型,对其接触应力进行分析得出:最大接触应力发生在齿面接触点位置,且以等值椭圆线向外扩散,使齿面产生不同程度的微裂纹,最终导致磨损和剥落等疲劳失效形式发生;通过微观组织分析,发现剥落裂纹部分的组织受损较重,验证了有限元分析的正确性。     

疲劳过程中强度退化与平均应力修正

以试验为基础研究了疲劳载荷引起的材料剩余强度退化现象,引入与剩余强度相关的“二元疲劳失效判据”。根据剩余强度退化规律详细分析了平均应力的作用原理,并推导出复杂载荷下的平均应力修正公式,试验结果表明,用这样的公式修正复杂循环载荷下的平均应力影响比传统方法精度有明显提高。     

石油钻机井架底座的疲劳寿命预测

根据允许应力幅值法研究了石油钻机井架底座钢结构疲劳寿命的工程预测方法,分析了钻机起下钻作业疲劳荷载谱以及等效应力幅系数的计算方法,提出了石油钻机结构疲劳寿命计算的结构流程.最后以海洋70LDB钻机为例进行了疲劳寿命计算,计算结果表明,该型钻机设计合理,有较大的寿命安全系数.同时也验证了该疲劳寿命计算方法可以有效应用于石油钻机井架底座的疲劳设计,具有良好的工程应用价值.     

应力场强法在多轴疲劳寿命估算中的应用

将预测疲劳寿命的方法－－应力场强法理论初步应用到单轴加载和多轴加载下的疲劳寿命估算。同时，对于单轴加载和多轴比例加载给出预测算例，并与其试验结果进行对比，结果表明应力场强法是一种较好的预测多轴疲劳寿命的方法。     

应用焊接头P—S—N曲线估算结构疲劳强度的若干问题

根据疲劳寿命的分散性规律，本文探索了Ｐ—Ｓ—Ｎ曲线的合理描述模型；考虑平均应力和焊接头与结构相似性的影响，提出了Ｐ—Ｓ—Ｎ曲线的当量对称循环应力幅化的方法和确定疲劳影响系数的相对疲劳影响系数法。实际结构的试验结果与估算结果的比较表明，本文的工作是有效的和合理的。     

Modeling of geometry effects in fretting fatigue

The stress field that results from two bodies in contact is an important aspect that governs the fretting fatigue behavior of materials. Applied loads as well as contact geometries influence the contact stresses. The profile of an indenter and the boundary conditions provide sufficient information from which the surface tractions and the corresponding subsurface stresses have been calculated in a semi-infinite halfspace using singular integral equations. In this investigation, a numerical subroutine was developed to calculate the surface tractions and the corresponding surface and subsurface stresses of an arbitrary finite thickness infinite plate subjected to loading through a random indenter. The results from the detailed stress analysis of the contact region are required by both an initiation and fracture mechanics approach. While initiation criteria involving stress gradient fields, such as sharp notches and edges of contact in fretting fatigue, are not well established or agreed upon, stress intensity factor calculations using tools such as weight functions are more reliable. The stress intensity analysis, which is used to determine whether an initiated crack will continue to grow if it is above the threshold, depends on many variables in the stress analysis such as pad and specimen geometry, loading configuration and friction coefficient. The contact stress analysis has been used to determine equivalent stress parameters that are related to the initiation of a crack. Similarly the numerical subroutine for the contact stresses is used in conjunction with the stress intensity analysis to determine the influence of the geometry, loading configuration and friction coefficient on the stress intensity factor. Results from high-cycle fretting fatigue experiments are used to determine the threshold stress intensity factor for a given configuration. The combination of the numerical and experimental analysis is then used to develop a tool for high-cycle fretting fatigue based on a threshold approach involving a go–no go criterion.     

不同加载方式下疲劳极限之间的关系

依据应力场强度法分析了同种材料在不同加载方式下各疲劳极限之间的关系，并讨论了弯扭、拉扭疲劳极限图，分析了一些疲劳实验数据，表明本文的分析方法是合理可行的。