材料疲劳试验数据中可疑观测值的计算及程序处理

介绍了材料疲劳试验数据中可疑观测值的判断原理,并设计了一种用于计算材料试验数据中可疑观测值的软件。该软件使用Visual C#语言编写,可以从试验数据中挑选出可疑观测值,并能计算出平均值和标准差等数据,计算完成后输出显示可疑观测值及其在数据组中的具体位置,最后用实际测试数据对软件的功能和计算准确性进行了验证。结果表明：该软件计算结果准确,使用方便、灵活,提高了材料疲劳试验数据的处理效率;该软件也可用于材料其他试验数据中可疑观测值的计算。     

试验数据的统计处理和误差分析第七讲 对比试验结果的统计处理

1　前言在力学性能试验中 ,往往会碰到两种工艺、两种配方和两种设计方案对比的问题 ,这时就需要做对比试验。例如 ,将欲对比的两组试样 (一组经过喷丸处理 ,另一组未经喷丸处理 ) ,在同一加载条件下进行疲劳试验 ,根据疲劳寿命 (或强度 )的观测值 ,判断它们的疲劳性能 (或抗力 )是否相同 ,或者是其中的一组优于另一组。由于疲劳试验结果的分散性比较大 (其实 ,材料的断裂韧性和常规的冲击韧性均具有一定的分散性 ) ,因此 ,即使完全相同的两组试样 (材料牌号、成分和热处理状态均一样 ) ,在同一台试验机 ,同一加载条件下进行试验 ,也会发现…     

汽车悬架控制臂拉压溃分析及疲劳寿命预测

以某汽车的后悬架上控制臂为研究对象,建立悬架控制臂有限元仿真模型。对悬架控制臂在拉、压工况下,进行拉溃力和压溃力分析,并进行试验验证。试验结果表明,该控制臂拉、压溃试验结果与有限元分析结果基本一致。通过对该控制臂进行有限元分析,提取危险部位的应力应变信息建立疲劳损伤参量,引入临界平面法建立疲劳寿命预测模型。运用该模型进行疲劳寿命分析与预测,并进行试验验证。疲劳试验结果表明,控制臂疲劳寿命的平均试验值与预测值比较贴近,说明所采用的疲劳损伤模型,可以应用于汽车金属零部件的疲劳寿命预测上。     

退火处理对紫铜组织和机械性能影响的试验研究

研究退火处理对紫铜组织及机械性能的影响,利用X射线衍射、金相观测、硬度测量、拉伸和疲劳试验以及扫描电子显微镜观测等试验手段,对比分析了退火前后紫铜的金相组织、基本力学性能、疲劳寿命、断口显微形貌和疲劳裂纹扩展行为等。考察了表面形貌对材料试件的疲劳寿命的影响,利用带缺口的试件对疲劳裂纹扩展行为进行了观测,给出了退火前后疲劳裂纹扩展速率及疲劳寿命随表面粗糙度增大而改变的定量结果。结果表明:退火后紫铜主要衍射峰出现窄化,其内部晶粒增大;材料屈服应力、弹性模量、维氏硬度及疲劳性能显著降低。试件疲劳寿命受表面粗糙度影响的敏感性在退火后降低。     

某型船用铝-钢复合过渡接头焊接态疲劳性能试验研究

针对某型船用铝-钢复合过渡接头应用的要求,对铝-钢过渡接头焊接态疲劳性能进行检测并用扫描电镜对断口进行试验分析。结果发现,在应力值80 MPa~196 MPa范围内,经过2×106次的弯曲疲劳试验,均未发生断裂现象,该应力值已完全满足设计要求;当应力值达到224 MPa时,疲劳寿命已不能满足设计要求;通过对断口分析确定铝-铝界面漩涡边缘的空洞为裂纹源。     

混凝土疲劳损伤强度可靠度置信限分析

以三参数Weibull概型为基础,结合大量C15混凝土试件的试验和某混凝土重力坝的原型观测反演结果,建立了描述高应力水平区域的混凝土在较低损伤量下低周疲劳强度的置信限分析模型,得到了具有给定置信度的疲劳强度、疲劳寿命和疲劳损伤三者间的关系曲线,NSP---g和DSP---g曲线。利用本文方法可方便地在给定置信限内计算混凝土在给定应力水平条件下的疲劳寿命、损伤量和剩余强度, 对混凝土做考虑损伤的可靠度设计,以及对已建结构进行可靠度评价。     

材料疲劳试验数据可疑观测值计算及程序处理

介绍了材料性能可疑观测值判断原理及可疑观测值分析计算软件,软件使用Visual C#语言编写,可以从试验数据中挑选出可疑观测值,并能计算出平均值和标准差等数据.计算完成后输出显示可疑观测值及其在数组中的具体位置.文章用实际测量数据对软件的功能和计算准确性进行验证.软件使用方便、灵活,大大提高了试验数据的处理效率.     

冷却方式对纤维增强复合材料疲劳寿命的影响

分别在自然冷却和风扇冷却条件下进行了两组某纤维增强复合材料的拉-拉疲劳性能试验，并对试验数据进行了比较和分析。结果表明，自然冷却时，由于加载频率过高而引起试验材料工作部分过热，使其疲劳寿命明显比采用风扇冷却时测试出的值偏低。因此，对采用较高加载频率或对温度较为敏感的纤维增强复合材料，在工程应用中，建议采用吹风散热装置，以延长该类材料制品的使用寿命。     

航空有机玻璃的疲劳寿命

主要从疲劳S-N曲线、等寿命图两个方面研究了航空有机玻璃的疲劳寿命。研究结果表明:由Goodman模型拟合的有机玻璃疲劳等寿命图不但本身具有很高的相关性系数,同时能很好地预测某一寿命下材料的安全系数,是拟合航空有机玻璃等寿命图的优选模型。Goodman模型等寿命图使试验人员很清楚地找到每一个点对应的σ_max,σ_min,σ_a,σ_m,R,N值,节省了试验的时间和成本;由已知的许用安全系数,可以计算出任一工作点的安全系数和安全区,为结构的设计提供依据。     

滚动转子式压缩机下外罩疲劳分析及优化设计

对某型压缩机下外罩进行脉冲试验,发现其未达到使用寿命即出现裂纹,对其失效机制进行分析,认为是应力集中导致的高周疲劳断裂。为了能够准确预测下外罩的疲劳寿命和防止问题再现,利用Solidworks Simulation软件进行下外罩静力学分析,并基于名义应力法和Miner线性累计损伤理论,对下外罩进行疲劳分析,得到下外罩的疲劳寿命,其分析结果与试验结果相吻合。对下外罩结构进行优化设计,优化后安全系数为1.025,疲劳寿命次数达到10万次以上,并进行相应试验验证,结果表明,优化结构符合设计要求。     

从电阻变异规律分析疲劳损伤件中温热等静压效果

本文采用直流双臂电桥、QJ-55型高精度仪器,对40Cr调质试样及经过一定疲劳损伤后,分别进行电阻测量,并在试验中途进行中温热等静压,检测电阻的变化和测定剩余疲劳寿命.结果发现疲劳损伤试样经中温热等静压后,电阻有所降低,再继续疲劳试验时,电阻增加趋势变得缓慢.表明中温热等静压减轻了试样疲劳损伤程度和继续疲劳试验时减缓了疲劳损伤程度的发展趋势,从而大幅度提高了疲劳寿命.     

60Si2MnA铁轨铺设用弹条疲劳试验断裂分析

某60Si2MnA铁轨铺设用弹条疲劳试验寿命未达到规定值,通过对断裂弹条进行断口宏观和微观形貌观察、显微组织检查、硬度测试和化学成分分析,找出了弹条的断裂性质和早期断裂原因.结果表明:该弹条为弯曲-扭转疲劳断裂;弹条早期断裂的主要原因是其原材料碳含量偏低,导致热处理后材料硬度偏低,降低了弹条的疲劳性能;弹条表层脱碳形成...     

基于MSC.Fatigue的汽车驱动桥壳疲劳寿命预估

运用三维造型软件Pro/Engineer Wildfire2.0建立某型商用车驱动桥后桥壳的实体模型.依据有限元基本理论,进一步建立该桥壳的有限元模型,并在通用有限元分析系统MSC.Nastran中进行有限元应力分析.基于应力分析结果,采用有效的疲劳寿命预估方法,利用专业耐久性疲劳寿命分析系统MSC.Fatigue对该桥壳进行全寿命分析,得到桥壳整体的疲劳寿命分布和危险点的寿命值.通过与台架疲劳试验的桥壳失效情况相对比,预估结果与试验结果一致.而后对在试验中发生破坏的桥壳进行疲劳断口的微观分析.最终在试验与仿真分析结果的基础上提出对该型桥壳生产的改进方案。     

汽车悬架稳定杆连杆支架的疲劳仿真分析及结构优化

针对某型车辆常规耐久性试验过程中稳定杆连杆支架出现断裂的问题,对稳定杆连杆支架进行疲劳寿命分析和结构优化.首先运用ANSYS软件建立稳定杆连杆支架的有限元模型;然后基于静态有限元疲劳分析方法对连杆支架进行强度分析计算,并依据强度分析结果对稳定杆连杆支架进行疲劳寿命预测分析;其次根据等强梁理论对稳定杆连杆支架进行结构优化,支架截面由原来的等截面改为变截面,并对优化后的结构进行疲劳寿命预测;最后通过疲劳台架试验和裂纹断口分析,验证仿真分析结果.通过台架试验和仿真结果的对比可以得出,稳定杆连杆支架优化前后其疲劳寿命预测准确,优化后结构疲劳寿命符合预期.     

单轴拉伸状态下橡胶隔振器的疲劳寿命预测研究

针对橡胶隔振器疲劳寿命预测问题,基于哑铃型橡胶材料试片的疲劳寿命试验数据,建立橡胶隔振器的疲劳寿命预测模型,进而提出橡胶隔振器疲劳寿命预测的研究方案。设计了一哑铃型橡胶试片进行拉伸疲劳试验,实测其疲劳寿命数据并以最小二乘法拟合了该试片疲劳寿命的幂函数预测模型。再通过有限元方法计算了橡胶隔振器的三种常见的疲劳寿命评价参数：对数主应变、柯西主应力和应变能密度,最后将橡胶隔振器的疲劳寿命预测值与实测值进行比对。结果发现：当疲劳失效标准静为刚度降级25%时,三种疲劳寿命评价参数均能较好地拟合成幂函数疲劳寿命预测模型,对数主应变的预测值较为接近实测值、应变能密度参数的预测值约为实测值2倍左右、柯西主应力预测寿命的可靠性验证系数均接近5,且三种疲劳损伤评价参数的疲劳寿命拟合曲线形状均较为相似。     

基于剩余应变的复合材料结构寿命预测

为实现对复合材料结构的寿命预测,对已有的复合材料疲劳寿命预测模型进行了研究,确定了基本的刚度降模型,提出了剩余应变的概念,并将其应用到渐进疲劳损伤方法中,以Abaqus为平台,编写UMAT子程序,实现了对复合材料结构的寿命预测及疲劳损伤扩展分析.针对某碳纤维增强复合材料TS800开展相关试验,试验结果与预测结果吻合较好.研究表明,本文所改进的渐进疲劳损伤方法能较好地完成对复合材料结构的寿命预测.     

考虑应变均值影响的天然橡胶隔振元件疲劳寿命预测

对橡胶试柱进行单轴疲劳试验,分析了应变幅值一定时,应变均值对疲劳寿命的影响。以哑铃型天然橡胶试柱为研究对象,通过有限元计算分析,得到了加载位移与橡胶试柱危险位置处最大主应变的关系。构建了应变均值函数,以应变比R=0时的 曲线为基准疲劳寿命曲线,建立了不同应变均值和幅值下的天然橡胶隔振元件的疲劳寿命预测模型。使用该模型预测得到的哑铃型天然橡胶试柱疲劳寿命与试验疲劳寿命具有较好相关性。文中提出的天然橡胶元件的疲劳寿命预测模型,可用于建立天然橡胶材料的疲劳寿命数据库。     

热处理制度对冷作模具钢Cr12MoV疲劳性能的影响

本文研究了硬度,残余奥氏体量以及一次硬化处理和二次硬化处理对 Crl2MoV 钢疲劳性能的影响。结果表明,在本试验条件下,随钢的硬度升高,疲劳裂纹萌生循环数增大,而扩展循环数减小,和结构钢的规律相同;经二次硬化处理后,其疲劳寿命高于一次硬化者;大量残余奥氏体存在,明显降低疲劳寿命,并使 m 值显著增大。     

基于辅助粒子滤波的疲劳裂纹扩展预测研究

针对粒子滤波算法在实现疲劳裂纹寿命预测时,存在的多样性匮乏现象而导致的精度下降问题,提出了一种基于辅助粒子滤波与结构健康监测相结合的疲劳裂纹扩展预测方法。首先将裂纹扩展的Paris规则与有限元法相结合,建立了裂纹扩展的状态方程;其次通过主动Lamb波健康监测方法,利用时间延迟损伤因子对Lamb波信号进行处理,拟合获得各裂纹长度下对应的损伤因子函数关系,建立了裂纹扩展的观测方程;最后结合状态方程和观测方程所建立的裂纹扩展状态空间模型,分别利用辅助粒子滤波与标准粒子滤波算法,实现孔边裂纹扩展的寿命预测,其预测结果的对比表明,辅助粒子滤波在复杂结构的疲劳裂纹扩展预测中,结合了最新的观测值,可有效缓解粒子多样性匮乏现象,预测结果具备更高的精度,更适用于复杂结构在线寿命预测的实现。     

橡胶隔振器加速疲劳试验谱的编制方法研究

通过大量的橡胶动静刚度试验和疲劳试验,分别获取了某填充型天然橡胶材料在各试验条件下的动静比数据表和疲劳寿命数据表。以发动机悬置为例,在充分考虑橡胶材料动态特性的基础上,建立了道路载荷值与应变值的转换关系。对采集的道路载荷谱进行雨流计数,根据Miner线性损伤累积理论与损伤等效原则,编制得到最终的加速疲劳试验谱。用该加速疲劳试验谱对发动机悬置进行疲劳试验,试验结果表明：用该方法编制的加速疲劳试验谱可成功应用于悬置等橡胶隔振器零件的疲劳试验,并且较大程度地缩短了试验与产品开发周期。