多轴疲劳寿命预测方法

在工程实际中,大多数工程结构和机械零件都承受着各种形式的循环载荷,载荷分布大多呈现多轴应力状态。在循环荷载作用下,对多轴疲劳寿命的研究比单轴的更加接近工程实际,有更广泛的应用背景。针对这一现状,本文详述了近年来国内外关于多轴疲劳寿命预测方法的研究现状,分别介绍了等效应变法、能量法、临界面法三种主流方法的基本原理及优缺点,并将这三种方法做了简单对比。另外,针对现阶段各类多轴疲劳寿命预测方法的不足,提出了今后在多轴疲劳领域研究工作的设想。     

挤压AZ31B镁合金多轴疲劳寿命预测

采用挤压AZ31B镁合金薄壁圆筒试样.分别进行了单轴和多轴加载下的对称应变控制疲劳实验.研究了不同加载路径对疲劳寿命的影响.单轴加载包括对称拉压和扭转路径,多轴加载包括45°比例加载和90°非比例加载路径.结果表明,在加微的等效应变幅值为0.3%—0.55%附近,4冲加载路径下的应变-寿命曲线均出现了不连续的拐点;比例加载路径在等效应变幅大于0.45%时疲劳寿命最高,拉压路径在等效应变幅小于0.45%时疲劳寿命最高;非比例加载路径的疲劳寿命最低.使用基于临界平面法的多轴疲劳模型FS,SWT以及修正SWT分别预测了各个路径加载下的疲劳寿命.预测结果表明,SWT模型对于拉压和循环扭转加载下寿命预测结果误差较大;FS模型与修正SWT模型可以较好地预测挤压AZ31B镁合金各个路径加载下的疲劳寿命.     

TC4钛合金的多轴高周疲劳损伤及强度退化研究

不同工况下TC4(Ti-6Al-4V)钛合金疲劳累积损伤及强度退化存在较大差别。为了充分表征载荷参数的影响,基于Chaboche损伤模型以及改进的多轴疲劳损伤准则,提出新的强度退化模型,开展了TC4钛合金的多轴高周疲劳(HCF)寿命预测和强度退化评估。首先,开展TC4合金在一系列加载路径下的多轴比例和非比例疲劳试验。将Chaboche非线性损伤准则和临界平面法与提出的损伤控制参数相结合,描述了TC4合金的非线性疲劳损伤计算和寿命预测。其次,进一步建立了基于累积损伤的非线性强度退化模型,并证明了该模型在不同载荷工况下均可以获得更高的精度。实验结果表明,由于考虑载荷参数的影响,提出的TC4钛合金疲劳寿命与强度退化预测结果精度远高于其他的预测模型。     

激光冲击强化对钛合金疲劳寿命影响综述EI北大核心CSCD

对提升钛合金零件的疲劳强度,已有相关技术的试验研究,但缺乏对技术的系统介绍,阻碍了该技术的产业化应用。通过整理大量试验数据及其结果,就激光冲击强化对钛合金零件的疲劳特性的影响展开分析。简要介绍激光冲击强化技术的发展状况,分别从表面形貌、残余应力、微观组织、硬度、表面粗糙度等方面进行分析总结。结果发现,当激光脉冲能量为7 J时,材料塑性变形量最大;当激光功率密度为3 GW/cm^(2),材料表面残余压应力值最高;当冲击次数达到5次以上时,材料表层的位错密度不断增大;当在工件表面覆盖一层高强度的光滑金属接触膜时,材料表面粗糙度将降低。综合数据可知激光功率密度及冲击次数对钛合金疲劳寿命的影响最大。整理了大量试验数据,可为得到最佳的激光冲击强化效果及提升疲劳寿命提供理论参考。     

铸造铝合金在多轴非比例载荷下的低周疲劳行为研究

主要研究了356铸造铝合金在多轴非比例载荷下的低周疲劳性能。结果表明，合金在循环变形过程中表现为循环硬化特征，循环硬化的程度表现出对非比例加载路径的依赖性；在相同等效应变幅值下，合金的非比例加载低周疲劳寿命小于比例加载，且非比例加载低周疲劳寿命也表现出对非比例加载路径的依赖性；在多轴疲劳寿命预测模型中考虑非比例加载路径对疲劳寿命的影响可以大大提高寿命模型预测的精确度。     

随机载荷下轴结构疲劳寿命分析

应用功率谱密度法对随机载荷作用下轴结构进行疲劳寿命分析,给出了基于功率谱密度法的疲劳寿命计算公式.使用有限元软件COSMOSWorks,以一个单级斜齿齿轮减速器低速轴的疲劳寿命计算为例进行了验证.结果表明,按照传统的静强度方法设计的轴结构在疲劳强度上是不足的.     

球磨机筒体中空轴处连接螺栓疲劳寿命预测

球磨机筒体中空轴处连接螺栓在固定中空轴时承受长时间的疲劳荷载和不断变化的力和应力,其耐久性、强度和韧性是球磨机正常运行的前提。连接螺栓构件的受力载荷较为复杂,导致其疲劳寿命预测难度较大。为此,提出球磨机筒体中空轴处连接螺栓疲劳寿命预测。通过对工作荷载与预紧力计算螺栓整体荷载情况,分析应力分布和疲劳极限应力幅分布,探究连接螺栓受力情况;利用神经网络模型,设置神经元数量、权值与阈值矩阵;利用遗传算法优化网络模型,完成网络权值与阈值优化;通过正向与反向传播操作训练神经网络,设置误差传递函数,减少网络输出误差,得到最终预测寿命值。实验结果表明,所提方法收敛速度快,预测结果和实际寿命较为接近,为球磨机正常运行提供有效保障。     

基于RS_RBFNN的钛合金焊接接头疲劳寿命预测

建立了基于RS与RBF神经网络集成的钛合金焊接接头疲劳寿命预测模型(RS_RBFNN),该模型首先基于熵的连续属性离散化算法离散化疲劳数据并应用遗传算法约简疲劳寿命评价指标;基于最小约简指标提取焊接结构疲劳寿命分类判别规则以及对RBF神经网络进行训练;最后使用粗糙集理论判别与规则库匹配的检验样本疲劳寿命等级,使用RBF神经网络判别不与规则库任何规则匹配的检验样本疲劳寿命等级.基于钛合金疲劳试验数据的实证分析结果表明,RS_RBFNN模型容错性较好、精度较高,对钛合金焊接结构疲劳寿命预测具有一定的实际指导意义.     

钛合金深潜器载人舱疲劳寿命预报方法研究进展

对钛合金载人舱的结构形式、材料特性、载荷历程进行了描述,重点介绍了考虑载荷循环和保载特性下的Ti-6Al-4V ELI合金蠕变-疲劳寿命预报模型的研究进展,以及基于这些模型的可靠性评估方法,为提出一个合理的钛合金球壳剩余极限强度随时间的衰减规律的分析方法奠定基础。     

结构疲劳裂纹扩展寿命的区间预测北大核心

针对结构疲劳裂纹扩展寿命预测中参数不确定性会导致结构裂纹扩展寿命偏差较大的问题,在分析过程中考虑结构材料特性、载荷和裂纹尺寸等的不确定性,将影响结构疲劳裂纹扩展寿命的不确定性参数视为区间变量,给出了疲劳裂纹开始扩展的区间条件;以Paris公式恒幅载荷疲劳裂纹扩展寿命计算公式为基础,提出了恒幅载荷和变幅载荷作用下结构疲劳裂纹扩展寿命预测的区间模型,并且给出了该区间模型求解的优化方法。通过工程实例计算,表明该方法是可行、有效和简便的,它可以作为结构疲劳裂纹扩展寿命预测的一种新方法。     

临界平面多轴疲劳寿命估算模型的验证与评估

利用5种材料对比分析6种常用多轴疲劳寿命临界平面模型的寿命估算结果,结果发现:对于同一对象、不同模型的估算结果相差较大;而对于不同对象、同一模型的估算结果,有时低于试验结果,有时却高于试验结果。不同寿命预测模型估算寿命合理与否,一方面取决于预测模型中的疲劳损伤参量是否有效,另一方面也取决于预测模型的表达形式是否合理。另外,模型的预测结果还与材料的开裂形式有关。Fatemi-Socie模型可以针对剪切型开裂材料给出较为理想的疲劳寿命预测结果。针对验证结果,对各模型的适用性进行评述,指出常用临界平面模型的适用条件尚需进一步研究,模型中损伤参量包含的系数的物理意义及系数与应力-应变状态和材料属性的关系也需进一步研究。     

TC17钛合金电子束焊接接头的疲劳裂纹扩展规律及疲劳剩余寿命

首先通过试验取得母材及焊接接头的疲劳裂纹扩展速率,然后结合TC17钛合金电子束焊接接头CTOD试验结果及裂纹容限计算值,以估算其疲劳剩余寿命.结果表明:在低应力水平或低△K下,TC17电子束焊缝的da/dN数据与母材的基本相当;然而随着应力水平的增加,焊缝的da/dN值越来越大.在初始裂纹尺寸相同的情况下,TC17合金电子束焊缝与母材疲劳裂纹扩展寿命曲线存在交叉点.当应力幅大于交叉点应力幅时,TC17母材疲劳裂纹扩展到临界裂纹尺寸的剩余寿命要高于相应焊缝的剩余寿命;当应力幅小于交叉点应力幅时,TC17母材扩展到临界裂纹尺寸的剩余寿命要低于相应焊缝的剩余寿命.     

提高臂架销轴疲劳寿命的方法

针对目前混凝土泵车臂架销轴疲劳寿命较低的现状,研究销轴不同材料、油口加工工艺及热处理对销轴疲劳寿命的影响。结果表明,在油口加工工艺、销轴热处理工艺相同的前提下,30CrMnTi钢销轴疲劳寿命较40Cr钢长39%,较40CrMnMo钢长16%。而30CrMnTi钢销轴油口倒角由90°改为120°,粗糙度由12.5μm提高到6.3μm,且经过滚压处理时,疲劳寿命可提高52%。适当的热处理,如回火温度由200℃提高到560℃时,疲劳寿命可再次提高30%。     

航空发动机叶片TC4钛合金振动疲劳裂纹扩展研究及剩余寿命预测

目的研究TC4钛合金的振动疲劳特性及寿命预测。方法通过共振疲劳试验,分析裂纹尖端应力强度因子的变化规律,计算不同应力水平下疲劳裂纹扩展的速率,建立剩余寿命预测计算模型。结果裂纹尖端的应力强度因子是表征裂纹扩展速率快慢的有效参数,与裂纹长度及应力场的大小相关。在裂纹扩展初期应力为274 MPa的条件下,裂纹扩展速率的试验值与计算值吻合较好。通过寿命预测模型计算可知,当初始裂纹为0.5 mm,最终裂纹长度达到5 mm时,在应力为274、366、422 MPa的条件下,振动循环周期分别为36 577、19 090、13 865。结论在应力比为?1的振动条件下,裂纹扩展速率随应力水平的增大而加快,同时初始裂纹长度越长,应力相同时,裂纹扩展速率提高。通过寿命预测模型,可计算出结构件的使用寿命。     

电潜螺杆泵传动轴多载荷作用力学特性与疲劳寿命分析

分析电潜螺杆泵举升过程传动轴断轴部位应力分布及疲劳寿命对提高传动机构可靠性和保障电潜螺杆泵连续稳定运行具有重要意义。针对传动轴断轴部位,提出传动轴多载荷作用力学特性分析和疲劳寿命预测方法。数值仿真和现场测试分析结果表明：各载荷单独作用时,销孔应力较大区域沿径向条状分布且应力分布较均匀,内螺纹应力较大区域沿径向自上向下逐渐减弱,且最大应力受扭矩作用最大而受狗腿度产生的弯矩作用最小;各载荷组合作用时,轴向力对销孔和内螺纹应力分布影响最大,且最大应力均小于许用应力而推断两处断轴原因不是超载导致的脆性断裂;内螺纹处疲劳寿命明显小于销孔处疲劳寿命,为传动轴优化设计提供依据。     

ZTC4钛合金不同应变比下应变疲劳寿命估算

对ZTC4钛合金进行应变比为-1、0.1和0.5的应变疲劳试验,并运用Zheng公式对实验数据进行分析,得到3个应变比下的应变疲劳寿命曲线。通过修正Zheng公式中的Δεt,得到受应变比R影响的当量应变范围Δεt*,从而得到含应变比R因子的归一化模型,用于预测不同应变比下ZTC4的应变疲劳寿命。     

基于固有频率变化和载荷特性的点焊疲劳寿命预测

基于疲劳试验和动态响应试验,对单点拉剪点焊试件在恒幅、变幅和随机疲劳过程中的固有频率变化特性进行了研究.通过恒幅、变幅疲劳损伤过程中的频率响应函数曲线和各阶模态固有频率的比较,提出以载荷和频率变化率作为描述点焊疲劳损伤的特征参量,并利用剩余寿命比,建立了频率变化率与参量的线性关系,并以此关系描述随机载荷的疲劳过程.根据加载载荷、频率变化率和当前循环数来预测寿命,适用于载荷谱已知,固有频率可测情况下的疲劳寿命预测,预测值与试验值吻合较好.     

微量氢对电子束焊接TA15钛合金疲劳寿命的影响

对TA15钛合金电子束焊接试样进行充氢,研究了充氢对显微组织形态的影响,并对微量氢对TA15疲劳寿命影响进行考察。显微组织研究表明:充氢量低于0.105%(质量分数)时,氢以固溶态存在于合金中,并未形成氢化物。疲劳试验结果表明:随充氢量的增加,疲劳寿命大幅下降;这是由于微量氢的存在降低了TA15合金的韧性,固溶氢增加了疲劳裂纹的扩展速率,且氢通过影响裂纹尖端的性能加速疲劳裂纹扩展。焊缝区马氏体束呈团状结晶,且以团为单位统一变形,导致断口上呈团簇形态;且氢对马氏体团疲劳扩展中的行为有一定影响。