基于变幅应力作用下零件疲劳寿命估算研究

首先对零件的疲劳损伤累积理论作了简要说明,然后主要从疲劳损伤累积理论和能量法理论对零件进行了寿命估算分析,提出了在平面应力下,常用的疲劳寿命估算方法和以总应变能密度为考察对象揭示材料疲劳寿命的方法,接着应用疲劳损伤累积理论对起重机上的起吊钩的疲劳寿命进行了计算,得出了吊钩在有限寿命内其设计是可行的,能够满足要求。最后对如何获得零件的σ-N曲线来求疲劳寿命给出了多种实用方法,以快速对变幅应力作用下的零件疲劳寿命进行估算。     

低碳低合金钢及焊接件的寿命估算

总结了拉伸超载对低碳低合金钢及其焊接件疲劳性能的影响的实验结果,并据此提出了寿命估算模型。本文的实验结果再次表明,载荷谱中的大、小载荷交互作用可用超载效应予以定量地表征。低碳低合金钢切口试件和焊接件的超载效应接近于零,因而可用 Miner 定则和裂纹起始寿命曲线估算变幅载荷下的始裂寿命,无需考虑载荷交互作用。对于光滑试件超载产生负效应,因而在寿命估算时应考虑载荷交互作用效应和载荷顺序效应。     

经长期服役的钢结构疲劳寿命估算

利用经长期服役后的钢结构材料的拉伸性能结果,估算常幅疲劳裂纹起始寿命,并与实验结果进行比较.还对从长期服役的钢结构上拆卸下的钢制弦杆上取下的带原状铆钉孔试件的变幅疲劳寿命进行估算.对具有不连续应变硬化特征的钢材切口构件,在变幅载荷下,直接应用Miner定则和裂纹起始寿命曲线计算累积损伤.当试件的疲劳裂纹起始寿命占疲劳总寿命的主要部分时,可以用文中的方法进行变幅疲劳寿命估算.通过实验验证,表明文中的估算方法具有很高的精确性.     

拉—拉变幅循环加载下15MnVN钢切口件的疲劳寿命估算

用拉－拉变幅循环加载下１５ＭｎＶＮ钢发口件的疲劳实验进一步验证作者已提出的变幅载荷下给定存活率的疲劳寿命的估算模型。结果表明，对于１５ＭｎＶＮ钢这类没有超载效应的金属切口件，在旋转弯曲恒幅疲劳试验确定了试件恒幅载荷下的Ｐ－Δσｅｑｖ－Ｎ曲线以后，亦可根据Ｍｉｎｅｒ定则计算其在拉－拉变幅循环加载下具有给定存活率的疲劳寿命或累积损伤值，并给出了定量表达式。     

用等效载荷方法估算变幅载荷下的疲劳寿命

以两种不同的等效方法ＲＭＳ和ＲＭＰ计算等效载荷，并用这两种等效载荷研究渐增块载条件下的疲劳寿命，经数值计算表明ＲＭＳ和ＲＭＰ方法的结果是比较接近的，而且也较好地符合了实验结果。作者建议两者都可以用于缺陷评定中变幅载何下的疲劳寿命计算。     

变幅载荷下的有限寿命疲劳设计方法和设计数据

本文论述了变幅载荷下的有限寿命疲劳强度评价方法与寿命估算方法,给出了用Ｍｉｎｅｒ法则、修正Ｍｉｎｅｒ法则和Ｃｏｒｔｅｎ－Ｄｏｌａｎ理论进行疲劳强度评价和寿命估算的方法和计算公式。最后,还用４种零构件进行随机疲劳试验对三种累积损伤理论的疲劳强度评价和寿命估算精度和这生进行了验证和对比。     

GH901压气机盘变幅低循环疲劳寿命估算

在试验研究的基础上,改进了局部应力应变方法。经 GH901压气机盘和光滑试样的变幅低周疲劳试验证明,文中提出的改进措施行之有效,显著特点是具有较高的寿命估算精度.预估寿命与实测寿命之比接近于1。     

正火45钢切口件变幅载荷下疲劳寿命及其概率分布估算

通过正火45钢的超载试验及变幅疲劳试验，进一步验证文献［1，2］所提出的变幅载荷下疲劳寿命及其概率分布预测方法的适用性。试验及分析表明，正火45钢切口件的超载效应因子Z＝0，从而在变幅疲劳寿命估算时可不必考虑载荷顺序效应，而直接采用Miner法则和恒幅载荷下的疲劳寿命曲线表达式进行估算，且试验结果与估算结果符合很好，该法可用于结构可靠性评估。     

抓斗装卸桥主梁疲劳寿命的估算

利用常幅疲劳 S-N 曲线和 Miner 线性累积损伤理论,在对实测抓斗装卸桥时间应力历程所进行的雨流计数结果和八级载荷谱分析的基础上,得出其符合威希尔分布的结论,并提出了计算主梁结构疲劳寿命的简易方法。     

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。     

调质45钢变幅载荷下疲劳寿命预测

通过调质 45钢的超载实验及变幅疲劳实验 ,进一步验证作者提出的变幅载荷下疲劳寿命及其概率分布预测方法的适用性。实验结果及分析结果表明 ,调质 45钢切口件的超载效应因子 Z=0 ,从而可不必考虑载荷顺序效应 ,而直接采用 Miner法则和恒幅下的疲劳寿命曲线表达式进行预测 ,且实验结果与预测结果吻合很好     

多轴变幅载荷下基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法

提出一种多轴变幅载荷下基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法。首先,通过循环计数方法确定多轴变幅载荷历程的计数循环(反复);其次,通过材料的循环应力应变关系和Neuber法推导出虚拟等效应变与真实等效应力之间的关系,并且分别将拉伸型和剪切型Shang-Wang多轴疲劳损伤参数替换虚拟等效应变幅来求解临界面上的真实等效应力幅;然后,通过真实等效应力幅和Neuber法则计算临界面上真实的拉压和剪切等效应变幅,并运用Manson-Coffin方程分别计算缺口部件的拉压和剪切疲劳寿命;最后,选择拉压和剪切疲劳损伤值中的较大值作为每个计数反复的疲劳损伤,并采用Miner法则进行疲劳损伤累积。缺口件多轴疲劳试验结果表明,采用基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法具有较高的预测准确度。     

拉—拉变幅载荷下45钢缺口件疲劳寿命分布的预测及其验证

根据预测模型。采用旋转弯曲得到的带存活率的疲劳寿命表达式和Miner法则,对给定多级拉-拉变幅载荷谱下的正火45钢缺口件变幅载荷下疲劳寿命下疲劳寿命和累积疲劳损伤临界值的分布进行预测,并通过拉-拉变幅载荷疲劳试验进行了验证,结果表明：45钢缺口件在多级拉-拉变幅载荷下的疲劳寿命和累积疲劳损伤临界值的预测值与试验值均近似服从对数正态分布,且两者符合很好。因此,此预测模型可应用于恒、变幅疲劳加载方式不同的疲劳试验结果预测。     

变幅加载下基于动态响应特性的点焊接头疲劳寿命预测

以汽车车身材料镀锌低碳钢BJXH50为母材的点焊接头为研究对象,在测量变幅疲劳过程中的点焊试件的动态响应特性的基础上,对单点点焊接头的疲劳损伤及寿命预测问题进行研究.在恒幅和变幅加载下对点焊试件进行疲劳试验,并结合动态响应测量,提取点焊试件在疲劳过程中的固有频率变化数据.在常幅和变幅加载下分别对单点点焊接头疲劳过程中固有频率的变化特征进行分析,定义频率幅度变化率,并利用频率幅度变化率的大小来表示载荷水平引起的损伤程度,提出以频率幅度变化率和当前循环数来表示载荷水平的作用效果.基于频率幅度变化率和当前寿命循环数,建立变幅加载下单点点焊接头疲劳寿命预测模型,该预测模型可有效避免了载荷谱分析和损伤计算过程中产生的误差,取得很好的效果.     

圆柱齿轮低载强化试验研究

采用实物物理试验的方法,研究了某轿车倒挡圆柱齿轮在低幅载荷作用下轮齿弯曲疲劳强度和疲劳寿命的强化特性,证实了低幅应力内存在一个强化载荷区域和最佳强化次数。经过低幅载荷强化,该齿轮轮齿的弯曲疲劳强度提高了3.97%,弯曲疲劳寿命提高了109%。在试验结果的基础上,得到了该齿轮轮齿弯曲疲劳强度、弯曲疲劳寿命随低载强化次数和强化载荷变化的函数关系。     

结构强度对低载强化特性影响的初步研究

为了研究结构强度对低载强化特性的影响，对未经过工艺强化的低强度前轴和经过工艺强化的高强度齿轮分别进行了低载强化试验。通过对试验数据的处理，得到了两种结构弯曲疲劳强度的S-N曲线、弯曲疲劳强度和疲劳寿命与强化载荷、强化次数之间的数学关系，以及经过低载强化后弯曲疲劳强度和疲劳寿命提高的最大幅度。随着结构强度的提高，弯曲疲劳强度的提高幅度呈下降趋势，但疲劳寿命的提高幅度呈上升趋势。从宏观和微观上初步分析了结构强度对低载强化特性影响的原因。     

低周疲劳下45钢的寿命预测

选取带有V型缺口45钢试样,通过控制加载过程中的应变幅,研究缺口对试样疲劳寿命的影响.并应用低周疲劳寿命预测理论,提出了修正的Manson寿命预测模型,用来预测带有V型缺口中45钢的低周疲劳寿命.模型的预测结果和试验结果吻合很好.     

疲劳分析中变幅载荷的循环计数方法

将压力容器承受的实际变幅载荷历史分解为恒幅块载荷谱的方法称为循环计数方法。介绍了ASME规范推荐的雨流计数法、最大-最小计数法和欧盟标准的蓄水池法。     

镁合金非对称应力载荷下的低周疲劳损伤演化和寿命预测

将弹性模量、等效模量、总应变能密度及平均应变的变化作为损伤变量,对镁合金非对称应力载荷下的低周疲劳损伤演化进行分析,建立了相应的寿命预测模型。结果表明：选取总应变能密度或平均应变的变化作为损伤变量可以描述镁合金非对称应力载荷下的低周疲劳损伤演化,相应的寿命预测模型预测效果较好;选取平均应变的变化作为损伤变量所得损伤曲线具有更好的代表性。