振动环境下液压胶管疲劳寿命分析

在硬岩掘进机(TBM)掘进过程中,液压胶管长期处于振动环境会引起胶管的疲劳破坏,因此液压胶管的选型对TBM设计及施工具有重要意义.运用经典层合板理论建立缠绕式和编织式两种液压胶管在振动载荷和油压载荷下的数学模型.仿真试验研究得到了油压及振动参数对胶管疲劳寿命的影响,结果表明:(1)在无基础振动环境下,缠绕式胶管疲劳寿命优于编织式胶管;在有基础振动条件下,编织液压胶管疲劳寿命优于缠绕液压胶管;(2)当胶管发生疲劳破坏后,胶管疲劳寿命与振幅呈近似线性关系,振动频率越靠近胶管共振频率,胶管寿命越低;可知在同等基础振动条件下,编织式液压胶管的疲劳寿命均高于缠绕式液压胶管的疲劳寿命.     

沥青混合料疲劳耐久极限研究

为了评价沥青混合料是否存在疲劳耐久极限,通过控制应变的小梁疲劳试验,研究了沥青混合料疲劳性能随应变水平的变化情况。结果表明:当应变水平较高时,沥青混合料劲度模量随荷载作用次数的增大而急剧减小;随着应变水平的减小,劲度模量的减小趋势逐渐变缓;当应变水平低于200με时,疲劳寿命以非线性增加;当应变水平进一步降为100με和70με时,疲劳寿命曲线呈典型的渐近线特征,这表明沥青混合料确实存在某一疲劳耐久极限,当作用的应变水平低于该极限应变时,沥青混合料倾向具有无穷的寿命。     

Q345B母材及其焊接接头的低周疲劳行为

对Q345B及其光滑焊接接头的低周疲劳行为进行了试验研究.采用轴向对称应变控制方法,保持恒定应变速率为0.005 s-1,在0.3％～0.7％的应变范围内,在电液伺服疲劳试验机上测定了Q345B及其光滑焊接接头的低周循环应力响应特征、应变-寿命、应变-能量关系,并进行了对比分析.结果显示,Q345B母材在应变幅度低于和高于0.4％时分别呈现明显的循环软化和硬化现象,而焊接接头出现显著的硬化现象.与母材相比,焊接接头的低周转变寿命、疲劳强度和疲劳寿命明显减小.通过试验数据确定了Q345母材及其焊接接头Coflin-Manson关系的合理参数,建立了应变幅度-疲劳寿命及能量-寿命关系式.力学不均匀性引起的循环硬化趋势增加是导致焊接接头低周疲劳性能减低的主要原因.     

聚酯纤维沥青混凝土路面的疲劳寿命计算

目的研究在沥青混凝土中加入聚酯纤维后的沥青混凝土路面的疲劳寿命．方法通过劈裂试验确定了不同温度下的聚酯纤维沥青混凝土的劲度模量，并基于损伤力学计算理论，采用平面应变有限单元法，考虑在车辆荷载和温度荷载耦合作用下对含有反射裂缝的路面体结构的疲劳寿命进行了计算．结果加入0．296的聚酯纤维沥青混凝土路面结构体的疲劳寿命提高了51％．结论在沥青混凝土中加入聚酯纤维能够增加混合料劲度模量，提高路面的疲劳寿命．     

一种与路径相关的多轴低周疲劳寿命预测方法

已有研究指出,与比例加载相比,非比例加载下某些金属材料虽然没有明显的附加强化现象,但疲劳寿命却明显缩短.利用附加强化系数和非比例度因子修正的等效应变法,无法反映此类材料非比例加载下的寿命缩短现象,导致预测寿命通常偏于危险.为更好地预测不存在明显附加强化现象材料的多轴非比例疲劳寿命,引入寿命缩减因子的概念,并结合非比例度因子对ASME等效应变范围进行了修正,提出一种新的多轴低周疲劳寿命预测方法.为了便于应用,明确了寿命缩减因子的确定方法.针对不同加载路径,发展了一种基于最小法向应变范围的非比例度因子计算方法,并给出了多轴加载一般情形下最小法向应变范围的计算步骤.利用304不锈钢12种非比例加载路径下的试验数据验证了所提非比例度因子计算方法的精度,并与已有方法进行了对比分析,发现所提方法可以更好的描述加载路径的非比例程度.利用10种材料(包括7种不存在明显非比例附加强化现象的材料)的试验数据对所建疲劳寿命预测模型进行了验证,结果表明预测结果与试验结果吻合较好.     

沥青混合料应变-寿命疲劳方程研究

在国内外研究成果基础上,提出了合理可行的沥青混合料直接拉伸疲劳试验中试件尺寸、失效判据、控制方式、加载频率和试验温度等条件.基于不同应变水平的疲劳试验结果,分析了平均应力影响,建立了沥青混合料应变—寿命疲劳方程,可作为疲劳开裂寿命预估的依据,并提出了沥青混合料疲劳开裂拉应变的阀值和极限值.利用沥青混合料直接拉伸疲劳试验得到的应变—寿命疲劳方程能更好体现沥青混合料的疲劳特征,其疲劳开裂拉应变的阀值和极限值能充分反映沥青混合料疲劳破坏的过程.     

动车水箱疲劳振动试验及数值模拟研究

轨道车辆及车载设备大量使用焊接结构,其在振动载荷作用下的疲劳破坏通常发生在焊缝处.针对动车水箱焊缝疲劳寿命开展随机振动台架试验及数值仿真研究.在台架试验中,按试验规范输入强化加速度随机振动自功率谱,检验该水箱是否满足疲劳寿命的要求.在进行数值模拟研究中,按试验工况条件建立水箱疲劳寿命仿真模型,其中将振动试验的激振信号作为仿真的输入载荷,采用壳单元建立水箱构件及焊缝的有限元模型,通过附加质量等效内部液体,根据BS7608标准确定相应焊缝的S-N曲线,采用名义应力法预测水箱焊缝在试验工况下的疲劳寿命.仿真所得焊缝失效部位及疲劳寿命与振动台架试验结果基本吻合,说明该焊缝疲劳寿命预测方法的正确性,为焊接结构疲劳设计提供有效的分析算法.     

16MnR轴对称三维应力状态下高温低周疲劳寿命评价

通过对 1 6MnR带缺口的圆柱试样的轴对称三维应力状态下高温低周疲劳试验 ,并应用NHRDS有限元程序进行了缺口附近轴对称问题的循环应力、应变分析计算 ,得出了各试样危险点的应力、应变分量值和当量应力、当量应变值。基于当量概念这一基本准则 ,分析材料疲劳过程的能量损耗 ,利用当量塑性应变能密度评价了该材料轴对称三维应力状态下不同应变速率下的疲劳寿命 ,并在此基础上分析了应变速率对疲劳寿命的影响。试验结果表明 ,该材料轴对称三维应力状态下高温低周疲劳寿命用当量塑性应变能密度来表征是可行的 ,应变速率对疲劳寿命的影响可以通过将疲劳寿命评价公式中的材料常数用应变速率的函数来表示的方法得以定量的体现。     

2.25Cr-1Mo材料蠕变／疲劳交互作用下寿命评价

采用2.25Cr—1Mo无预裂纹和带预裂纹环状缺口圆柱形试样,进行了多维应力状态下无保持周期应变控制的高温低周疲劳试验,利用有限元程序对试样缺口周围及裂纹尖端附近的应力、应变场进行了分析,分别得到用当量弹性应变范围Δε_e、当量塑性应变范围Δε_p、当量蠕变应变范围Δε_c和当量应变范围Δε表示的材料在400℃、0.2％s~(-1)应变速率下的高温低周疲劳总寿命和裂纹扩展寿命方程。利用Matlab对试验结果进行非线性多元回归,得到用疲劳成分、蠕变成分和蠕变/疲劳交互作用成分三者的非线性组合来表征的材料无保持周期应变控制的疲劳总寿命和裂纹扩展寿命评价方程,即认为整个试样的失效过程中存在着蠕变/疲劳交互作用,正是这种蠕变/疲劳交互作用的存在导致了试样或构件的疲劳总寿命和裂纹扩展寿命的降低,定量的表征了蠕变/疲劳交互作用对材料疲劳总寿命和裂纹扩展寿命的影响。     

重型载货汽车转向前轴的动态特性分析

基于线性振动理论建立了重型载货汽车转向前轴动态特性分析的有限元方模型,计算了前轴的模态参数,分析了其模态特性,计算了正弦交变载荷作用下前轴关键部位的动态应力值,用S-N曲线法计算了前轴的疲劳寿命。按照国标QC/T 513—1999进行了前轴台架疲劳寿命试验,用动态应变测量法测试了动态应力。试验结果表明,前轴动态应力理论计算值接近实际测试值,计算疲劳寿命接近实测疲劳寿命,证明前轴动态特性分析的有限元模型是正确的,可用于进一步分析前轴不同载荷下的强度品质。     

航空发动机压气机叶片疲劳寿命的研究

根据航空发动机压气机在实际工作中已用时间不同的两组叶片的恒幅振动疲劳试验数据 ,通过统计分析确定其疲劳破坏前应力循环次数的分布。根据 Miner疲劳损伤累积理论 ,找出叶片在实验中与在实际工作中所受疲劳损伤的当量关系 ,从而确定新叶片在实际工作中疲劳寿命的分布 ,并计算出新叶片在一定可靠度下的疲劳寿命。     

LC9材料疲劳特性的测试及其寿命预测方法探讨

对ＬＣ９－ＣＳ棒材进行轴向应变控制疲劳试验，较全面地测试出材料的应变疲劳特性，包括稳态应力应变曲线，瞬态应力应变曲线，Ｍａｎｓｏｎ－Ｃｏｆｆｉｎ公式描述的εａ－Ｎｆ曲线以及当量应变寿命（εｅｑ－Ｎｆ）曲线。并对上述特性曲线构成的不同寿命预测方法与试验进行了深入比较，结果表明，瞬态应力应变曲线和εｅｑ－Ｎｆ曲线能较好地反映材料的疲劳特性。并能兼顾应变疲劳和应力疲劳分析的需要。     

弹性模量对混凝土疲劳性能的影响

对同龄期的C15混凝土,在准确测试其静力弹性模量的基础上,进行了大量的恒幅疲劳性能的试验研究,在相同的试验条件下,分析了静力弹性模量的离散性对混凝土的循环应变、应变－寿命曲线及疲劳寿命的影响。     

航空发动机气压机叶片疲劳寿命的研究

根据航空发动机压气机在实际工作中已用时间不同的两组叶片的恒幅振动疲劳试验数据，通过统计分析确定其疲劳破坏前应力循环次数的分布。根据Miner疲劳损伤累积理论，找出叶片在实验中与实际工作中所受疲劳损伤的当量关系，从而确定新叶片在实际工作中疲劳寿命的分布，并计算出新叶片在一定可靠度下的疲劳寿命。     

氯离子腐蚀预应力空心板疲劳特性研究

氯离子侵蚀可导致桥梁结构耐久性劣化进而降低桥梁结构疲劳寿命。为研究氯离子侵蚀与桥梁结构耐久性的关系,设计并制作预应力混凝土空心板梁模型,在对其进行氯离子侵蚀耐久性试验(轻、重2种侵蚀程度)的基础上,分别对其开展静载破坏试验、结构疲劳试验等,研究氯离子侵蚀程度对结构动静力参数及疲劳寿命的影响,以及疲劳加载对试验构件动静力应变、挠度、振动频率及阻尼的影响,分析结构耐久性损伤与疲劳特性的相关性。研究表明:随着氯离子侵蚀程度加深,试验板疲劳寿命逐渐降低,重度氯离子侵蚀试验板疲劳寿命减低至3万次;结构动静力参数受疲劳加载次数影响显著,如30万次疲劳后,在15 t静载作用下,相对10万次疲劳加载,健康板和轻度侵蚀板挠度增加率分别为83.7%和115%。     

碳化腐蚀预应力空心板疲劳特性试验研究

为了研究碳化侵蚀作用下耐久性损伤预应力空心板梁疲劳特性,基于相似性原理,依据实际桥梁结构中常用的20 m跨径预应力混凝土空心板梁结构参数,按照0.1的相似比设计并制作预应力混凝土空心板梁模型,在对其进行碳化侵蚀耐久性试验(轻、重两种侵蚀程度)的基础上,分别对其开展静载破坏试验、结构疲劳试验等.研究碳化腐蚀程度对结构动静力参数及疲劳寿命的影响,以及疲劳加载次数对试验构件动静应变、挠度、振动频率及阻尼的影响.建立碳化侵蚀程度与结构疲劳特性间的相关关系.试验结果表明,随着碳化腐蚀程度的增加,试验板疲劳寿命逐渐降低并发生疲劳脆性破坏,重度碳化试验板疲劳寿命急剧减少,同时结构动静力参数受疲劳加载次数的影响显著.     

考虑热机耦合的排气歧管多目标优化设计

为了研究温度及热应力分布对排气歧管的振动特性及疲劳寿命的影响,对汽油机排气歧管进行基于热机耦合的频率响应分析.研究发现,由于温度及热应力的不均匀分布会改变结构的刚度,热载荷的存在对传递函数峰值频率及应力幅值均产生了较大影响.热载荷与机械载荷耦合作用下的振动疲劳寿命较不考虑热载荷的振动疲劳寿命低42%,热机耦合在疲劳寿命分析中有着显著的作用,不可忽视.为了优化排气歧管的振动特性并延长其使用寿命,对排气歧管支架进行拓扑优化及多目标形貌优化.通过拓扑优化寻找最佳传力路径;在拓扑优化的基础上以提高排气歧管疲劳寿命为总目标,以提高危险频率段内的1、2、3、6阶固有频率为子目标,通过加权指数法建立目标函数,对支架进行多目标形貌优化确定加强筋位置.进行多目标优化后的排气歧管支架对提高排气歧管振动疲劳寿命效果明显,疲劳寿命较优化前增加了31.2%.     

预应变对低合金钢循环滞回能的影响

通过对经历预应变试样的低循环疲劳试验，分析了循环滞回能的循环相关性及其瞬态响应，建立了循环滞回能和总失效吸收能与疲劳寿命之间的关系，并从能量耗散角度讨论了预应变对疲劳寿命的影响。     

应变疲劳公式的研讨

本文提出了一个应变疲劳损伤模型。根据这一模型和其他研究成果,对Coffin-Manson公式作了修正,从而得出了一个新的应变疲劳公式。利用文献中的应变疲劳实验结果,对新公式进行了客观的校核。只要确定了材料的断裂延性和疲劳极限,即可利用新公式来估算金属结构材料的应变疲劳寿命。     

基于临界面法的三参数多轴疲劳损伤模型

基于临界平面方法,提出一种能适用于拉-扭加载的多轴疲劳损伤模型.新的模型采用应力与应变的三参数相结合形式,不仅考虑了当前循环内临界面上最大剪应变范围和正应变变程对多轴疲劳损伤的贡献,还顾及了非比例附加强化效应和平均应力对多轴疲劳寿命的影响.该模型预测精度较高且本身不含有材料常数,便于实际工程应用.最后,将提出的多轴疲劳寿命估算模型结合Inconel 718钢、高温GH4169合金和高温Haynes 188合金等3种材料的多轴疲劳试验进行寿命预测验证,预测结果与试验结果吻合较好.