汽车悬架下控制臂的有限元分析

以某一具体的悬架下控制臂为研究对象,建立悬架控制臂有限元仿真模型。在有限元静力分析过程中,引入惯性释放原理,计算不平衡外力作用下结构的运动(加速度),通过惯性力构造一个平衡的力系,从而消除约束点反力对控制臂结构强度计算造成的应力集中影响。分析汽车悬架控制臂的静刚度特性,对悬架控制臂分别在拉、压工况下进行拉溃力和压溃力有限元分析。分析结果表明,此悬架控制臂满足静刚度特性和强度特性设计要求。     

混凝土三轴变幅拉-压疲劳性能试验研究

进行了最小应力水平为0.20fc,最大应力水平为0.20ft~0.55ft,定侧压为0.30fc的变截面混凝土试件三轴拉-压等幅和变幅疲劳试验,分析了混凝土三轴拉-压疲劳最大和最小纵向总应变的三阶段演变规律和级间相似性,给出了疲劳损伤演化规律。进一步验证了Miner线性损伤累积理论的不适用性,提出了非线性损伤累积模型,并进行了疲劳剩余寿命预测,通过与试验结果的比较表明该模型具有较高的精度和适用性。     

混凝土双轴拉压、三轴拉压压变幅疲劳性能研究

利用大型多轴疲劳试验机,进行了拉压双轴和拉压压三轴荷载作用下混凝土两级、三级变幅疲劳试验研究,重点分析了残余应变的变化规律。试验结果表明：混凝土在拉压和拉压压加载工况下的残余应变主要与相对疲劳次数和侧压应力比有关,基本不受加载历程因素的影响。定义相对残余应变为损伤变量,建立了损伤演变方程,并进行了疲劳损伤分析和剩余疲劳寿命预测,为混凝土在多轴变幅疲劳试验研究及疲劳损伤评价提供参考。     

单向层合板拉-拉及压-压疲劳加载材料退化模型

以刚度退化为基础,并结合正则化疲劳寿命预测方法,推导建立了单层板疲劳累积损伤过程剩余刚度退化模型,同时给出了剩余强度退化模型.本文退化模型适用于拉-拉及压-压疲劳加载任意应力水平和应力比下的单层板疲劳寿命预测,所建立的剩余刚度退化模型显著减少为获得模型参数所必需的试验件数量,经济性好.最后,通过试验研究,建立了材料T300/BMP-316单向层合板疲劳加载各主方向剩余刚度退化表达式、剩余强度退化表达式及疲劳寿命表达式,为层合板结构疲劳损伤分析提供了有力依据.     

复合材料单钉接头疲劳累积损伤破坏分析

基于时间增量原理 , 推导了层合板接头疲劳加载累积损伤应力2应变分析的虚功方程。同时 , 引入Hashin三维疲劳失效准则进行材料的损伤判定 , 并结合建立的疲劳加载材料退化模型、 4种基本损伤机制相互关联作用的材料性能退化方法及复合材料接头最终失效判据 , 建立了层合板接头疲劳载荷作用下三维累积损伤分析的寿命预测方法。最后 , 对层合板接头拉2拉疲劳载荷作用下的损伤累积扩展与失效规律进行了仿真分析 , 并与试验结果进行了对比 , 结果表明 : 本文中建立的寿命预测方法能够很好地预测层合板接头的寿命以及损伤发生、扩展及最终失效。      

飞机撞击荷载计算模型中压溃力选取分析

Riera提出的飞机撞击荷载计算模型是一种比较实用的简化模型,大多数研究在进行飞机撞击试验和数值模拟时通常会把试验结果和数值模拟结果与该模型的计算结果进行对比分析。通过介绍分析Riera模型,该模型中撞击荷载包括压溃力和惯性力两部分,因此模型的使用需要确定压溃力大小。为了合理使用Riera模型,梳理了现有压溃力计算公式,各公式给出的压溃力计算结果差别较大,并通过公式推导预测弹体的变形长度和撞击作用时间与试验数据进行对比分析,评价了现有压溃力计算公式,对更适宜于飞机撞击条件下的压溃力计算公式给出了说明,最后讨论了压溃力对撞击荷载曲线的影响,得出压溃力相对于惯性力不能被忽略,对撞击荷载影响较大的结论。     

考虑平均应变的低周疲劳寿命本征损伤耗散预测方法

金属构件疲劳破坏是工业中常见的破坏形式。为了提高构件疲劳寿命的预测精度，针对低周疲劳载荷下平均应变对疲劳寿命的影响，基于连续介质损伤力学及其不可逆热力学框架，并引入Ramberg-Osgood循环本构模型，以等本征损伤耗散功作为等寿命条件，建立了一种考虑平均应变的低周疲劳寿命预测模型。为对比验证新建模型的有效性和先进性，采用新建模型、修正的Ohji模型、Sandor模型和Wei-Wong模型分别对叠加平均应变的45钢和2124-T851铝合金的低周疲劳寿命进行了预测，并与对应的试验结果进行对比。结果表明：新建模型的预测结果与试验结果吻合较好，其预测效果优于现有模型。基于本征损伤耗散理论的疲劳寿命预测方法为金属材料疲劳寿命的预测提供了新思路。     

复杂面内应力状态下平面编织高铝纤维增强氧化铝基复合材料强度及疲劳寿命预测方法

针对平面编织氧化铝基复合材料提出了一种复杂面内应力状态下的强度准则和疲劳寿命预测方法。通过拉伸、压缩及纯剪切试验,分别获得了材料的静强度指标。考虑材料拉、压性能的差异和面内拉-剪联合作用对材料强度的影响机制,提出了修正的Hoffman强度理论。采用该强度理论预测得到的偏轴拉伸强度与试验结果基本一致,偏差不超过10%。开展了偏轴角θ=0°、15°、30°、45°,应力比R=0.1,频率f=10 Hz的拉伸疲劳试验,试验结果表明随着偏轴角的增加,相同轴向拉伸载荷下的疲劳寿命逐渐降低。由于面内剪切应力分量的作用,疲劳失效由纤维主导逐渐过渡到纤维和基体共同主导的模式。基于单轴疲劳寿命曲线,采用Broutman-Sahu剩余强度模型表征剩余强度随疲劳循环次数的变化规律,结合剩余强度演化模型和修正的Hoffman强度理论,提出了一种面内复杂载荷条件下的疲劳寿命预测模型,并引入疲劳剪切损伤影响因子表征拉-剪应力联合作用对材料疲劳行为的影响。采用本文提出的疲劳寿命预测模型,预测不同偏轴角拉伸疲劳寿命,预测结果与试验结果基本一致,偏差在1倍寿命范围内。比较结果表明在给定应力比、温度和疲劳载荷频率条件下,该疲劳寿命预测模型可以用来预测平面编织氧化铝基复合材料拉-剪复杂面内载荷条件下疲劳寿命。      

基于疲劳累积损伤的板弹簧疲劳寿命预测与实验研究

在斯特林发动机板弹簧理论研究模型基础上,建立疲劳强度有限元模型,以位移方式加载模拟其工作过程,研究板弹簧在实际工况下的变形与应力状况,并采用Gerber模型计算板弹簧疲劳强度。然后,基于板弹簧工作疲劳载荷谱,利用疲劳累积损伤理论,建立弹簧疲劳寿命预测模型。研究表明板弹簧疲劳失效发生在涡旋臂根部,选取合适的型线结构以及弹簧材料,可以使得弹簧满足疲劳强度和工作寿命要求。最后,搭建板弹簧疲劳寿命实验台对疲劳寿命仿真预测模型结果进行验证。结果表明,建立的板弹簧疲劳寿命预测模型准确,研究方法有效,结果可信。     

基于背应力功的疲劳能量模型及其在轮槽构件寿命预测中的应用

基于局部应力-应变法与疲劳损伤能耗结构,以疲劳过程中背应力塑性功累积为基础,建立了一种新的缺口构件疲劳寿命预测能量模型,并将其应用于某型汽轮机轮槽结构件的疲劳寿命预测.通过与试验结果相比较,初步验证了模型的预测精度(预测寿命与试验寿命误差小于20％).此外,还进一步将上述能量模型与传统疲劳寿命预测能量方法进行了比较.结...     

非对称循环加载下燃气轮机叶片材料疲劳寿命预测

燃气轮机叶片在实际工作过程中,易受到非对称循环载荷作用而发生疲劳失效。为便于准确地预测非对称循环加载下叶片材料的裂纹萌生及扩展寿命,首先考虑平均应力效应和高应力区的塑性变形影响,对Chaboche模型进行改进,然后将改进的Chaboche模型和Walker裂纹扩展公式相结合,建立了一种非对称循环载荷作用下裂纹萌生及扩展综合寿命模型,并用试验数据进行验证分析。结果表明,该模型预测得到的裂纹萌生寿命、裂纹扩展寿命与试验数据基本吻合,验证了新模型的适用性和准确性,为燃气轮机叶片损伤分析和寿命预测奠定理论基础。     

诱导结构对泡沫铝填充薄壁方管轴向压溃特性影响的研究

建立了泡沫铝填充薄壁方管的有限元模型,利用试验对泡沫铝填充薄壁方管的有限元模型的准确性进行了验证。研究了诱导结构的类型和数量对泡沫铝填充薄壁方管的轴向压溃变形模式、初始峰值力、压溃力效率和能量吸收能力的影响,结果表明:设计诱导结构可以提高能量吸收能力、减小初始峰值力、增加压溃力效率,甚至可以改变压溃变形模式。沿薄壁方管的轴向方向合理地增加诱导结构的数量,可以进一步的减小初始峰值力、增加压溃力效率、提高结构的能量吸收能力。通过等级评价方法,确定沿薄壁方管的轴向方向设计4组诱导四角方孔可以使泡沫铝填充薄壁方管获得最佳的综合吸能特性。     

混凝土拉-压疲劳损伤模型及其验证

基于连续损伤力学理论,提出了混凝土单轴拉-压疲劳损伤模型。模型中采用了拉和压两个边界面。加载面、边界面方程均以损伤能量释放率表示。在能量释放率空间内,由加载面与初始损伤面、边界面之间的位置描述损伤状态。通过建立累积损伤与相应循环损伤能量释放率阈值之间的关系,确定了疲劳加载中极限断裂面尺寸的变化规律,由此模拟混凝土在循环荷载作用下的刚度退化过程。结合作者完成的疲劳试验结果,确定了理论模型中的计算参数。经比较,理论模型预测的应力-应变数值、疲劳寿命和试验结果吻合较好。     

钢丝绳拉伸疲劳寿命仿真分析与试验研究

为研究钢丝绳在拉伸载荷下的疲劳寿命预测问题,以6×36 WS结构钢丝绳为研究对象,建立了钢丝绳的有限元模型,仿真分析了其在轴向拉伸载荷下的应力分布。对仿真结果中应力最大的钢丝进行拉伸疲劳试验,得到钢丝试件的载荷寿命曲线。在此基础上进行了钢丝绳疲劳寿命的仿真分析,并通过钢丝绳的疲劳试验进行了验证。钢丝绳疲劳仿真结果表明,在轴向拉伸载荷作用下,最大应力位于相邻两个绳股接触区域,对应的此处区域疲劳寿命最短。钢丝绳疲劳寿命仿真与试验结果具有较好的吻合度,由仿真数据拟合的载荷寿命曲线为钢丝绳疲劳寿命的预测提供了依据。     

12Cr1MoV钢低周疲劳损伤研究

为了预测锅炉、压力容器的整体寿命,用连续介质损伤力学理论研究了工程材料的低周疲劳损伤演变过程.采用循环应力幅定义损伤变量D,根据有效应力概念,建立了低周疲劳各向同性连续损伤模型,并通过控制应变的疲劳试验,用该模型对锅炉常用材料12Cr1MoV钢试件进行了疲劳损伤的测量.研究表明,当循环进行到80%寿命时,损伤进入局部化阶段,宏观裂纹开始形成,较好地验证了损伤演变模型;所建立的模型形式简单,参数少,易测量,具有明确的物理意义,对锅炉的寿命估算有参考价值.     

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.     

基于塑性应变能的多轴低周疲劳寿命预测模型

在分析多轴疲劳损伤机理的基础上,提出一个新的多轴低周疲劳寿命预测模型。此模型以临界平面上的塑性应变能作为疲劳损伤参量,分析了临界平面的特点并给出了损伤参量的计算过程。利用该模型预测了不同加载路径下的304不锈钢试件的疲劳寿命,并与试验值进行比较。结果表明,该损伤参量具有明确的物理意义,能够适用于多轴比例与非比例等各种复杂的加载情况。     

CFRP板加固含裂纹受拉钢板的疲劳性能研究

根据线弹性断裂力学理论,采用“三维块体-弹簧-板”有限元模型对裂纹尖端的应力强度因子幅值进行计算,并基于Paris-Erdogan裂纹扩展模型,提出了CFRP板加固含裂纹受拉钢板的疲劳寿命预测方法。然后对4个CFRP板加固含初始疲劳裂纹钢板的受拉疲劳性能进行了试验研究,考察了碳纤维板加固量、单面和双面加固方式对疲劳性能的影响。试验结果表明,CFRP板加固钢板的疲劳寿命比未加固钢板显著提高,疲劳裂纹扩展的试验结果与预测结果符合较好。     

动力总成橡胶悬置高温疲劳特性的预测与试验研究

选硬度为45度以及50度的天然填充橡胶(N45及N50)为研究对象,在常温(23℃)、60℃和90℃的环境中,对哑铃形橡胶试片进行单轴拉伸疲劳试验。以工程应变峰值ε为损伤参量,根据哑铃形试片的疲劳试验结果,建立了橡胶材料在三种不同温度环境下的疲劳寿命预测模型。分析了不同温度、高温软化、橡胶材料的硬度对橡胶疲劳寿命的影响。对一动力总成橡胶悬置进行了高温疲劳试验,利用建立的橡胶材料的疲劳寿命模型对其疲劳特性进行了预测,预测得到的寿命与实测寿命的相对误差小于10%,说明本文建立的填充天然橡胶高温疲劳寿命预测模型,可以用于高温环境下工作的橡胶悬置疲劳寿命的预测。     

瓦楞纸箱强度的静态仿真分析及试验研究

选用某B型单瓦楞纸箱,将其切割成3段,对各段分别进行抗压试验,以探讨各段对整个纸箱强度的贡献度。考虑瓦楞纸箱的材料非线性和几何非线性,采用ANSYS有限元分析软件对纸箱上段和中段以及整个纸箱进行抗压试验仿真分析,以得到纸箱各段和整个纸箱的压缩变形结果、压溃力和压溃位移。结果表明:仿真分析结果与抗压试验结果基本一致,从而验证了所建模型的可行性,且纸箱的强度基本上取决于横向皱褶。