含裂纹悬臂梁的振动与疲劳耦合分析

基于Paris方程和同步分析方法考虑振动与疲劳裂纹扩展耦合之影响,提出一种含裂纹梁的振动疲劳寿命分析思路.振动分析过程中,利用线性弹簧等效裂纹段,复弹性模量引入阻尼损耗因子,得到考虑裂纹扩展、激励频率和阻尼等因素影响的动应力响应.结果表明:裂纹扩展、激励频率和阻尼等因素对疲劳寿命具有重要的影响.通过振动分析与疲劳裂纹扩展寿命估算同步进行,可进一步提高疲劳寿命估算精度.     

转子系统振动的频率可靠性灵敏度分析

摘要：根据转子系统的固有频率与激振频率差的绝对值不超过规定值的关系准则,定义转子系统共振问题的可靠性模式和系统的可靠度,提出避免转子共振的频率可靠性分析方法,应用随机摄动技术、可靠性理论和灵敏度技术,对转子系统共振问题的可靠性灵敏度分析方法进行了研究,并通过数值算例验证了本文方法的有效性。     

不同频率激励下LY12铝合金悬臂梁的疲劳特性

为了研究激励频率对悬臂梁结构疲劳特性的影响,本文针对LY12铝合金悬臂梁在不同频率(139Hz、141Hz、143Hz)激励下进行了同一应力水平的振动疲劳试验。结果表明:该结构的疲劳特性在不同频率激励下存在差异。在激励频率高于固有频率振动时,结构疲劳寿命最长;激励频率低于固有频率振动时,结构疲劳寿命较短;在固有频率振动时,结构疲劳寿命最短。     

超声疲劳试验中载荷频率对材料疲劳性能的影响

用超声高频疲劳试验方法获得的40Cr钢和50车轴钢的疲劳性能大于常规低频疲劳试验结果,表明超声加载频率对疲劳性能存在影响,这种影响可归因于应变速率的影响.采用一个超声加载频率修正系数对超声疲劳性能试验中载荷频率对疲劳性能的影响进行修正.超声加载频率修正系数近似等于常规低频疲劳条件下的疲劳强度系数与超声高频疲劳条件下的疲劳强度系数的比值,该修正系数也可通过不同应变速率下材料的断裂强度的比值来近似地确定.     

纵振激励频率对圆盘弯曲振动特性的影响

利用有限元方法,计算并分析了具有一定大小的激励面积、频率不同的纵向夹心式换能器激励圆盘中心时,产生一阶弯曲振动的规律.结果表明:随着激励源频率的逐渐提高,圆盘弯曲振动的基频在不断增大,节圆半径也在增大,圆盘圆心处的位移振幅先增大后减小.实验测试与有限元计算结果基本吻合.该研究为此类复合纵弯振动系统的设计和实际应用提供了一定的参考.     

载荷频率对金属及其合金高周疲劳特性的影响

采用超声高频加载方法进行高周疲劳试验时,应考察载荷频率对材料疲劳特性的影响。本文从微观组织结构和外部环境两方面论述了疲劳特性的频率效应,从裂纹扩展率、断口分析等方面回顾和介绍了频率对合金钢、钛合金、铝合金三类常用金属疲劳特性的影响,比较了三者异同。最后展望了高周和超高周疲劳研究的方向和方法及其在工程中的应用。     

建筑物对爆破振动中不同频率能量成分的响应特征

爆破地震对建筑物的影响实质上是一种能量的传递与转化过程,这种传递与转化的过程受到建筑物动力特性的影响。利用结构动力学理论,结合典型工程实例,研究了建筑物对爆破地震中不同频率能量成分的响应特征,结果表明:建(构)筑物对于爆破振动中的不同频率能量成分存在明显的选择放大效应。在爆破地震中,与结构固有频率相一致的能量成分将被最大程度的放大。在制定爆破振动安全判据时,要将爆破地震自身特征和建筑物动力特性更好的结合起来,重视爆破振动中与建筑物固有频率相对应的能量大小。     

移动质量作用下轴向运动悬臂梁振动特性分析

将弹炮发射系统简化为移动质量作用下的轴向运动悬臂梁系统,推导了轴向运动梁的振动方程,采用修正的Galerkin法离散求解该偏微分方程,得到以模态坐标表示的二阶时变常微分方程组,通过Newmark-β法对方程组进行了求解。计算结果表明,移动质量载荷主要使梁的一阶模态受到激励,移动质量的大小和运动速度对悬臂梁的振动响应影响较大,在移动质量作用下梁的伸缩运动都处于不稳定状态;在移动质量脱离悬臂梁后,梁的轴向收缩运动使得梁的瞬时振动频率不断减小,振动位移逐渐衰减,而振动速度逐渐增大,梁的运动处于不稳定状态,伸展时梁的自由振动规律相反。     

薄煤层采煤机振动特性研究

为研究复杂煤层赋存条件下薄煤层采煤机的振动特性,根据多体拓扑结构建立采煤机刚柔耦合模型,通过仿真得到采煤机在截割含夹矸韧性煤工况下前后滚筒受到冲击载荷作用时的动态特性。基于子结构模态综合方式(CMS)的振动疲劳分析方法,进行危险点动应力与模态振动的相关性分析,发现牵引部壳体在实际工作过程中产生具有3阶垂向弯曲模态特征的弹性振动;以不同测试点加速度频域响应为依据,分析采煤机振动对其电控系统以及液压系统的影响,判断测试点加速度与模态振动的相关性,同时确定出牵引部柔性壳体的高动应力区域及其结构疲劳性质。分析结果为薄煤层采煤机的优化设计、后续测试、安全性评价提供了重要的参考。     

考虑裂纹表面摩擦阻尼的振动疲劳裂纹扩展分析

以含表面裂纹悬臂梁为研究对象,研究了裂纹面摩擦效应对裂纹疲劳扩展的影响。分析时,用双线性弹簧描述裂纹呼吸行为,用Galerkin方法把呼吸裂纹梁简化为单自由度系统,基于Coulomb摩擦模型和能量耗散理论推导了摩擦阻尼损耗因子,运用广义的Forman方程模拟疲劳裂纹扩展,通过振动分析与裂纹扩展计算同步进行的方法考虑振动与疲劳的耦合效应,探讨了摩擦阻尼对裂纹梁疲劳裂纹扩展寿命的影响。结论表明,摩擦阻尼损耗因子随裂纹扩展呈单调递增趋势,摩擦阻尼对振动疲劳裂纹扩展的影响不容忽视     

Vibrodiagnostic parameters of fatigue damage in rectangular plates. Part 3. Through-the-thickness and surface semi-elliptical cracks

The paper addresses the analytical determination of vibrodiagnostic parameters that describe the presence of normal-rupture flat through-the-thickness and surface semi-elliptical central cracks in a rectangular homogeneous plate of constant thickness for various plate fixing conditions and vibration modes. It is shown that the most sensitive vibrodiagnostic damage parameter of a plate is the variation of the logarithmic decrement in the case of a through-the thickness crack and the second-harmonic ratio of the vibration process in superharmonic resonance in the case of a surface crack. __________ Translated from Problemy Prochnosti, No. 5, pp. 27–47, September–October, 2006.     

材料及构件振动疲劳研究进展

从试样形式、激振方式、载荷类型与载荷确定等方面综述了振动疲劳实验的国内外相关进展,然后对振动疲劳的失效机理和失效判据进行总结评述,再对振动疲劳寿命估算方法和有限元模型归纳介绍,最后提出了振动疲劳在仿真模型、复合材料和复杂工程环境方面的问题及展望.     

Methodology for fatigue life assessment of the structural integrity of fighter aircraft

This work describes the present methodology used on Portuguese Air Force (PoAF) aircrafts for fatigue life assessment to maintain its structural integrity. This methodology uses experimental flight data collected by airborne instrumentation systems. The recorded data are analysed for the prediction of the crack growth of defects at critical components of the aircraft and this information is then used for planning non‐destructive inspections, maintenance, logistical support and operational usage of the various fleets. This methodology is exemplified by one application on DASSAULT/DORNIER ALPHA‐JET aircraft.     

考虑结构裂纹扩展的振动疲劳寿命计算方法

工程实践中任何结构都存在不同程度的裂纹损伤,振动激励下动响应与疲劳裂纹扩展之间互相耦合,直接影响结构振动疲劳寿命.为了考虑结构振动疲劳耦合效应对疲劳寿命的影响,提出了一种考虑结构裂纹扩展的振动疲劳寿命计算方法.分析时,通过建立若干个含不同长度裂纹的结构有限元模型模拟结构裂纹扩展,采用Paris方程分段计算结构振动疲劳裂纹扩展寿命,通过试验确定的固有频率降变化规律反推结构裂纹萌生寿命,最后累计得到结构疲劳总寿命.结论表明,仿真计算结果与试验结果比较吻合.     

Approximate analytical determination of vibrodiagnostic parameters of a cracked elastic body under subharmonic resonance. Part 2. Strong resonance

Using the approach proposed in Part 1, an approximate calculation of vibration parameters is made for an elastic body with a closing crack, in the region of a strong 1/2-order subharmonic resonance with the lower-harmonic amplitude of free vibration spectrum larger than the main amplitude of forced vibrations. __________ Translated from Problemy Prochnosti, No. 3, pp. 5–16, May–June, 2008.     

Modelling of load interaction and overload effect on fatigue damage of steel bridges

This paper studies the effects of load sequence and interaction, and overloading effect on the fatigue damage of bridges on the basis of a non-linear fatigue damage model. The model is derived from the theory of continuum damage mechanics for high-cycle fatigue. Fatigue behaviour at two levels of constant stress range is first discussed in detail. The formulation for the effective fatigue strength of the predamaged members is then derived, and the results predicted by the model are compared with the experimental data for two stress level tests and other results obtained from linear and double linear fatigue damage models. The variation of cycle ratio and fatigue life due to overloading is secondly investigated; the equations for evaluating the effect of overloading on fatigue damage accumulation on bridges at normal traffic loading are then derived. It has been demonstrated that the developed model can well describe the effect of load sequence and interaction and has also been verified by comparing the predicted results obtained by the model with the experimental data based on two levels of stress tests. The effect of accidental overloading on the fatigue damage of existing bridges can also be evaluated using the model. The model is applied to evaluate the fatigue damage and service life of the Tsing Ma Bridge, an essential portion of the transport network for the Hong Kong airport, under normal traffic loading and possible accidental overloading.     

商用车挡泥板总成失效分析与试验规范制定

针对商用车挡泥板总成失效原因不易获取、释放不易控制等问题,提出了一种基于实测载荷谱的单自由度振动系统疲劳失效解决方案。首先,分析了某商用车挡泥板总成的失效模式、断口形貌和道路载荷谱,确定了其失效类型和系统模型,通过数据分析得到该挡泥板总成可简化为单自由度振动系统,其等效刚度为固定螺栓和挡泥板支架的串联刚度。然后,分析了车架（挡泥板总成安装位置）和挡泥板支架尾端处Z向加速度功率谱密度(power spectral density,PSD)以及两者之间的频响函数和相干系数,得到了挡泥板总成的工作模态。最后,为提升挡泥板总成的质量,基于冲击响应谱（shock response spectrum, SRS）和疲劳损伤谱（fatigue damage spectrum, FDS）制定了挡泥板总成耐久试验规范。结果表明：当频率f =22.0 Hz时,挡泥板总成的响应最大,车架的Z向加速度功率谱密度较小,且两者之间的相干系数仅为0.6,说明挡泥板总成失效主要是因为其自身的某阶模态被激励;当挡泥板总成的主要工作模态为第3阶模态（f=22.26 Hz）时,其振型为反相位上下摆动,与测试结果相符;基于挡泥板总成耐久试验规范的台架试验科学地复现了挡泥板总成的失效模式,验证了试验规范的合理性。后续试验跟踪显示,改进后挡泥板总成的失效率大幅降低,售后反馈良好。研究表明该解决方案可大幅缩短新产品的开发周期,实现了改进产品和后续新产品的快速释放。     

石油钻机井架载荷谱的编制

载荷谱是进行机械结构强度试验和疲劳损伤研究的重要依据,而井架本身承受随时间变化的动载荷作用,加之各钻井工况承载变化不一,建立符合钻井实际的载荷时间历程成为进行瞬态分析和疲劳损伤研究的需要。通过实测钻机井架在钻探过程的大钩载荷,运用极值统计分析方法,建立最大载荷概率分布模型,运用疲劳载荷谱的编制方法,完成了井架正常钻探时的载荷时间历程的编制,并获得了可用于试验加载的程序载荷谱。编制的程序载荷谱包含了所有钻探作业工况,反映了井架真实承载环境,可用于钻机井架的瞬态分析和疲劳损伤研究,并大大简化了计算过程,提高了井架动力分析的可靠性。     

Vibrodiagnostic parameters of fatigue damage in rectangular plates. Part 2. Straight cracks of constant depth

The paper discusses the results of analytical determination of vibrodiagnostic parameters of fatigue damage in the form of Mode I straight cracks of constant depth in a rectangular homogeneous uniform-thickness plate with various plate fastening conditions and vibration modes. It is demonstrated that, in the range of the relative crack depth up to 0.3, the parameter of distortion of vibration monoharmonicity in the 2nd-order superharmonic resonant mode is one-two orders of magnitude higher than the value of a relative change of the plates natural frequency.Translated from Problemy Prochnosti, No. 1, pp. 43–59, January–February, 2005.