基于实测载荷的汽车变速器壳体疲劳寿命预测方法

汽车变速器壳体的疲劳寿命直接影响汽车传动系的疲劳可靠性,针对目前对汽车变速器壳体的疲劳寿命关注过少,未结合实际道路行驶负载导致无法准确地预估汽车变速器壳体的疲劳寿命。运用有限元分析手段合理选取壳体应力测点,依托搭建的变速器壳体数据采集系统在某国内试验场实车采集动态载荷谱;依据频域特征分析对载荷进行数据处理,提取典型路面的特征值进行统计分析,运用雨流计数技术得到路面激励的雨流循环矩阵;之后对壳体的S-N曲线修正方法进行了深入分析与研究。在此基础上,根据Miner线性损伤累计理论,准确预测了基于实际用户路面的变速器壳体的疲劳寿命约为1.258×10⁵ km,对壳体可靠性分析及局部结构优化具有重要的工程应用价值。     

基于虚拟样机技术的微型客车白车身疲劳寿命分析

为缩短新车开发周期、节约样车制造费用,在计算机仿真环境下对某微型客车白车身进行了疲劳寿命预估。根据国家汽车可靠性行驶试验方法及相关法规,基于整车虚拟样机技术模拟了该车型在D级路面条件下的随机动载荷历程,通过对计算模型施加单位载荷得到白车身的结构应力场,并在此基础上结合材料曲线和疲劳损伤理论,找出较为薄弱的部件。所研究的内容为车辆的疲劳寿命预测提供了较为可靠的流程和方法,并进一步为车辆性能优化提供参考依据。     

大功率风电增速器箱体疲劳寿命分析

建立某大功率风电增速器箱体的三维模型,计算单位静载荷作用下箱体的应力应变;依据德国劳埃德船级社规范(GL2010),给出风电齿轮箱箱体部件的S-N曲线的拟合方法;应用雨流循环计数法计算箱体疲劳载荷谱。应用Miner线性积累疲劳损伤理论和雨流循环计数法,对风电齿轮箱箱体进行疲劳寿命分析,得到了风电增速器箱体的疲劳寿命。通过对箱体疲劳寿命结果的分析,对箱体结构进行优化,为大功率风电增速器箱体的疲劳寿命分析提供设计思路,为风电齿轮箱箱体的设计提供了参考。     

汽车变速器疲劳寿命的研究与发展综述

为了进一步推进汽车变速器疲劳寿命研究的发展,根据汽车变速器疲劳寿命研究方法的特点和应用状况,分别从变速器的载荷、变速器的疲劳试验和变速器的寿命预测3个方面对变速器寿命的研究进行了综述,为以后的研究提供参考。针对变速器载荷谱的编制,分析总结了现有的变速器载荷谱编制方法,其结果表明:程序载荷谱的编制是变速器载荷谱编制最准确有效的方法,但是现有的程序载荷谱并不能满足所有变速器寿命预测的要求;对于不同载荷谱作用下的疲劳试验,分析了每种试验的加载和试验结果,其结果表明:基于程序谱加载的疲劳试验能很好地模拟变速器的实际工作过程,试验结果最为准确;通过分析对比变速器寿命预测的几种常用的方法,其结果表明:概率疲劳寿命预测可以为变速器的研发和维修提供更全面的数据,是未来研究的重点。最后针对变速器载荷谱编制、虚拟试验和变速器疲劳数值仿真等,提出了其可能的研究热点和方向。     

基于实测载荷谱的AMT换挡箱体疲劳寿命预测

以某电控机械式自动变速器(AMT)换挡箱体为研究对象,考虑发动机和路面振动激励的影响,通过合理布置传感器,在襄阳汽车试验场采集了AMT换挡箱体振动载荷谱,并对载荷谱进行了预处理和重复性检验。通过载荷谱应力最值比较发现,部分测点为危险区域,是结构设计和改进需要重点考虑的地方。结合疲劳累积损伤原理对目标测点的疲劳寿命进行了分析计算,对换挡箱体可靠性分析和局部结构完善具有重要意义。     

估算承受随机载荷构件疲劳寿命的一种新方法

提出一个以材料的随机载荷“统计特征参量——疲劳寿命”曲线作为材料基本疲劳特性来估算构件在随机载荷作用下的疲劳寿命的方法。以试件在非等幅载荷作用下所产生应力的均方差σ(r·m·s)作为试件所受随机载荷的统计特征参量。首先由实验测得材料的σ(r·m·s)—N曲线,然后以此曲线代替常规的S—N曲线作为材料的基本疲劳特性,用以估算承受随机载荷构件的疲劳寿命。实验结果表明,该方法比通常以S—N曲线为材料的基本疲劳特性的估算方法更接近实际。     

基于实际载荷谱的汽车半轴疲劳寿命预测

汽车半轴是汽车传动系统的重要零部件之一。准确预测汽车半轴疲劳寿命是汽车半轴疲劳分析的重要环节。利用垫江汽车试验场采集的实测载荷谱,提取汽车左半轴强化耐久工况、动力工况和高速工况的一个循环作为样本载荷。经过预处理后,利用四点雨流计数法得到载荷雨流循环矩阵,并将样本载荷外推到整个试验场疲劳耐久试验所要求的全寿命载荷。利用疲劳应力集中系数、疲劳尺寸系数以及表面敏感系数对材料S-N曲线进行修正得到可用于寿命预测的构件S-N曲线;最后,以Miner线性损伤累积理论为基础,结合疲劳分析软件预测了汽车半轴疲劳寿命。     

考虑小载荷强化的汽车构件疲劳累积损伤试验研究

给出了材料和结构在累积损伤的同时还具有强化作用的S—N曲线方程，并建立了程序载荷谱下产生损伤的同时还具有强化作用的疲劳累计损伤模型。为了检验所建立模型的正确性和准确性，以某汽车前梁和车架为例，设计了两种不同载荷组合，进行了两级循环载荷疲劳试验。试验结果和所建模型估算结果表明，该模型不但能够估算疲劳极限以下载荷的强化和损伤，还能估算疲劳极限以上载荷的强化和损伤。     

考虑损伤累积的铝合金轮毂疲劳寿命预测及试验研究

针对铝合金轮毂的疲劳寿命预测问题,提出考虑损伤累积的轮毂疲劳寿命预测模型并进行试验研究。建立了轮毂在弯曲疲劳试验、径向疲劳试验的有限元模型,通过仿真分析研究了轮毂的主要失效模式;采用名义应力法分别建立了轮毂材料S-N曲线、零件S-N曲线,并利用莫罗直线对轮毂承受的非对称循环载荷进行平均应力修正;考虑轮毂的旋转过程,采用线性累积损伤理论构建了轮毂疲劳寿命预测理论模型。以某型号铝合金轮毂为例,采用理论模型计算得到轮毂的寿命为44.82万转,与弯曲疲劳试验给出的疲劳寿命47.33万转相比,误差约为5.6%,验证了疲劳寿命预测理论模型的有效性。     

基于模态应力恢复理论的内燃机曲轴疲劳寿命评估

以某型号船用内燃机曲轴为研究对象,基于模态应力恢复理论,采用虚拟疲劳试验技术对曲轴疲劳损伤进行评估。首先建立曲轴有限元模型进行模态分析,然后建立轴系多体动力学模型进行动力学仿真,获得曲轴模态坐标时间载荷历程。最后,结合修正的S-N曲线,采用模态应力恢复法在n Code中进行满载荷工况下内燃机曲轴的疲劳损伤评估,所得曲轴疲劳薄弱区与工程实际相符。结果表明,该方法可用于产品设计阶段的疲劳寿命评估与方案选优,并为样机疲劳试验提供参考依据。     

基于行驶仿真试验的齿轮疲劳寿命分析

利用虚拟样机模型,通过行驶仿真试验获取了传动箱齿轮在各任务剖面的动态载荷谱。通过三维接触应力分析,得到了齿轮危险点的应力-时间历程,用插值法对恒转矩下获得的仿真载荷进行了修正,分析了载荷的分布规律,采用权系数法确定了多工况的二维联合概率分布函数,建立了传动箱齿轮在全寿命里程的疲劳设计谱。采用二维概率Miner准则计算了零件的疲劳寿命,并分析了相关参数对齿轮寿命的影响。     

焊接结构虚拟疲劳试验技术研究

针对焊接结构的疲劳问题,提出虚拟疲劳试验技术.基于有限元数值仿真技术及焊接接头S-N曲线数据库,在计算机中模拟物理样机的疲劳试验过程,预测焊接结构的疲劳寿命,使产品在设计阶段开展抗疲劳设计成为可能.虚拟疲劳试验在铁路车辆焊接摇枕上的应用验证了该技术的可行性.     

基于有限元法的汽车构件疲劳寿命分析

对汽车构件结构疲劳分析和寿命预测方法即静态疲劳分析方法和总寿命S-N预测方法进行了介绍。针对某种型号轿车的悬架,应用多体动力学软件ADAMS构建了悬架的虚拟样机,进行了动力学仿真分析。并应用MSC系列有限元分析和疲劳软件对下控制臂进行分析,计算了其应力特性和疲劳寿命。     

基于载荷时间历程的休闲椅机械装置的疲劳分析

针对休闲椅在使用过程中的疲劳损坏问题,结合人机工程学理论设计了一款休闲椅,并建立了三维模型。对休闲椅的疲劳寿命分析的方法进行了归纳,提出了一种基于时间历程载荷的休闲椅疲劳寿命分析方法:根据QB/T 4191-2011标准在ANSYS中进行瞬态力学分析,找出了机械装置中应力较大的杆件;之后在虚拟样机中进行了运动学仿真,校验模型,得出了危险杆件的载荷-时间历程;联合ANSYS和Design Life对危险杆件进行了疲劳寿命分析;最后,制作样机并进行了测试。分析结果表明:测试结果与疲劳分析的结果相符,也验证了该分析方法的准确性,为相关研究分析提供了参考。     

低碳低合金钢的变幅疲劳寿命估算

分别用15MnVN钢旋转弯曲试样和经过锤击后的16Mn钢对焊接头，试验研究了带存活率的变幅疲劳寿命估算方法。结果表明，在同一应力水平下，所用试样的常幅疲劳寿命服从对数正态分布。本文首先给出了以当量应力幅表示的疲劳寿命表达式，以及带存活率的疲劳寿命表达式，并进一步给出了带存活率的变幅疲劳寿命估算方法和估算结果。最后通过变幅疲劳寿命试验结果进行了验证，表明本文的估算结果是精确的。     

Methodology to Estimate Remaining Service Life of Steel Structure by Possibilistic Reliability Theory

Steel structure system of crane deteriorates over time due to environmental effects,material fatigue,and overloading.System structural reliability and remaining service life assessment methods are developed during the few decades.But until now estimating remaining service life methods of crane steel system by reliability theory begin to develop.Safety assessment of existing steel structure system requires the development of a methodology that allows for an accurate evaluation of reliability and prediction of the remaining life.Steel structures are the supporting elements in the special equipment such as hoisting machinery.Structure reliability and remaining service life safe assessment are important for steel structures.For finding the reason which caused the failure modes(such as fatigue strength failure,stiffness failure and stability failure),incremental loading method based on possibilistic reliability is applied into dynamic structure failure path research.Through reliability analyzing and calculating for crane,it is demonstrated that fatigue damage is the most common failure mode.Fuzzy fatigue damage accumulation theory is used for basis theory and Paris-Eadogan equations are used for mathematical modeling.All fatigue parameter values of the welding box girder of bridge cranes are determined and fatigue remaining life formulas are deduced.After field test and collecting working parameters of numerous cranes,typical fatigue load spectrum was compiled for the dangerous point of box girders used in the area.Fatigue remaining life is assessed for different types and lifting capacities.Safety for steel structure system of bridge crane is assessed by two quantitative indexs:reliability and remaining life.Therefore,the evaluation means is more comprehensive and reasonable.The example shows that the two quantitative indexs are mutually correlated.Through analyzing the 120 t-22.5 m bridge crane of a certain enterprise,a new methodology to estimate remaining service life of steel structure by possibilistic reliability theory is introduced for safety evaluation of structure system.     

基于行驶仿真试验的履带式车辆行星架结构优化

行星架是履带式车辆侧减速器的重要传动机构,由于测试手段及试验方法的限制,行星架在设计时采用静强度设计理论,故无法准确反映其在不同的复杂任务工况下的动态特性,给动载荷作用下构件的寿命预测分析带来了极大困难,结果导致构件的实际寿命与设计寿命有较大差距。针对该情况,基于ADAMS.ATV建立了履带式车辆侧减速器虚拟行驶试验平台,仿真获得了行星架在不同工况条件下承受的动态载荷谱。基于MSC.Fatigue软件建立了侧减速器的疲劳分析模型,获得了行星架的疲劳寿命,进而通过改变行星架的结构,仿真预测其疲劳寿命随行星架不同结构参数的变化规律,为行星架的结构优化做了一定的探索研究。     

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。     

电镀铜薄膜疲劳性能与寿命预测

利用MMT-11N微机械疲劳试验系统对11.5 μm厚无基体支持的电镀铜薄膜试件的拉伸疲劳特性进行了试验研究。试件采用准LIGA工艺制作。试验在室温条件下进行,采用载荷控制、脉动循环加载,载荷频率为20 Hz,得到了铜薄膜光滑试件和缺口试件的S-N曲线,根据传统宏观疲劳理论确定了铜薄膜循环应力—应变曲线和应变—寿命曲线。利用修正局部应力—应变法对缺口试件的疲劳寿命进行了预测,预测寿命与试验寿命误差在3.2倍因子之内,预测结果较好地符合试验结果。试验表明,取半寿命周期的迟滞回线作为稳定迟滞回线在微机械疲劳中仍是可信的,局部应力—应变法亦可应用于微机电系统疲劳寿命预测,宏观疲劳理论在一定程度上也适合于描述微机械疲劳。