高速列车车体加速寿命试验载荷谱编制及分析

铝合金车体是高速列车的关键核心部件,设计中需要满足超长疲劳寿命要求。工程中,为避免实际运行中发生疲劳失效,同时降低试验成本,常采用加速寿命试验方法。采用车辆系统动力学方法计算获得车体随机载荷谱,对载荷谱进行处理,得到载荷频次图;基于FKM标准,编制三种载荷比下1×10⁷次循环对应的车体加速载荷谱;采用有限元法,分别施加三种载荷比条件下的载荷谱,得到对应的加速系数;分别采用线性及非线性损伤累积理论,分析载荷块谱的加载顺序对车体损伤累积的影响。得出结论：在原始载荷谱和加速载荷谱作用下,车体结构各点疲劳损伤均小于1,满足设计要求;分别提高载荷比至P=1/3和P=2/3,对应的加速系数为12.75和218.65;载荷谱加载顺序对车体疲劳累积损伤有影响：以P=2/3为例,高-低顺序载荷谱循环632次时,损伤值累积达1,而对应相同的损伤值,低-高顺序载荷谱仅需要循环614次。结果表明车体承受载荷存在低应力幅占优的特点,即低-高加载顺序具有更好的加速效果。对车体加速寿命试验载荷谱的编制及分析方法研究,为车体台架疲劳试验提供理论依据及科学指导。     

飞机结构耐久性严重谱下疲劳分散系数研究

疲劳分散系数是使用载荷谱下的飞机结构寿命可靠性指标,用于描述疲劳分析和试验结果的可靠度.军用飞机结构强度规范(GJB67.6-2008)规定,当采用平均谱进行耐久性分析时,分散系数一般取4,对应99.9％可靠度;而当采用严重谱进行分析时,分散系数在2～4之间,但具体值并未明确.参考了大量的相关资料,在载荷谱造成的疲劳损伤与结构临界损伤值均服从对数正态分布前提下,对疲劳分散系数进行理论推导,并结合疲劳试验寿命分散性研究结果,明确了耐久性严重谱下结构寿命的疲劳分散系数,为国内将耐久性严重谱应用于军机结构疲劳设计和全尺寸疲劳试验打下了基础.     

飞机结构疲劳寿命分散系数研究

飞机结构疲劳寿命分散系数是飞机疲劳寿命评定工作中的一个重要可靠性指标。目前,我国飞机定寿工作中采用全机疲劳试验总试验小时除以疲劳寿命分散系数得出机群安全寿命的结论。通常,在不考虑机群服役环境差异而导致的环境分散系数时,所选取的疲劳寿命分散系数主要考虑两部分,一是机群使用载荷差异导致的载荷分散系数,二是结构材料与制造质量差异导致的结构分散系数。介绍分析了服从对数正态分布与威布尔分布时飞机结构疲劳寿命分散系数的表达形式;对于同型飞机结构疲劳寿命在不同载荷谱下服从对数正态分布的情况,推导了疲劳寿命分散系数可用载荷分散系数与结构分散系数乘积表示的条件;对于同型飞机结构疲劳寿命在不同载荷谱下不服从同一分布的情况,通过等损伤原理可以将服役飞机实际飞行小时数折算到同一试验载荷谱条件下的当量飞行小时数,计算同一试验载荷谱下的结构分散系数,以此作为疲劳寿命分散系数求得的飞机结构安全寿命可作为单机寿命管理的基准寿命值。     

装载机驱动桥疲劳试验扭矩载荷谱的编制方法

以装载机前驱动桥疲劳试验扭矩载荷谱的编制为例,将各种工况实测有效数据雨流计数统计的结果按比例系数进行工况合成,并采用雨流矩阵法对合成工况载荷谱外推,得出驱动桥的全寿命扭矩载荷谱,以此为基础编制了前驱动桥疲劳试验和强化疲劳试验的加载谱。编制出的驱动桥疲劳试验扭矩载荷谱能更加有效地反映装载机实际作业情况,为装载机传动系的抗疲劳设计和疲劳寿命预测提供了依据。加载一个需用10. 3 h的强化疲劳试验加载谱块,相当于装载机实际作业609. 2 h,加快了驱动桥总成疲劳试验的进程。     

挖掘机下车架疲劳试验载荷谱研究与寿命预测

针对某中型液压挖掘机下车架的疲劳可靠性问题,研究了液压挖掘机下车架加载谱的编制方法。基于现场实测载荷-历程数据,采用反向加载方式,编制了挖掘机下车架加载部位的疲劳试验台架八级程序谱。为了实现同步加载试验,利用损伤等效原则,将四个支撑点各自的八级程序谱当量成四个相频相同的试验恒幅谱,再利用损伤一致性原则对试验恒幅谱进行校准,以保证得到的疲劳试验结果的可靠性。最后分别利用试验恒幅谱和实测载荷整理出的应力谱对该挖掘机下车架的进行疲劳寿命预测,结果验证加载方法和加载谱的可行性。     

基于多参数特征保留的载荷谱加速耐久性编辑

为了得到时间更短加载效果相同的加速耐久性试验载荷谱,提出了基于多参数特征保留的载荷谱编辑方法。该方法同时考虑载荷谱的损伤、功率谱密度以及统计参数等信息,对零部件载荷谱的时间进行压缩。以汽车悬架螺旋弹簧的载荷谱为例,采用该方法进行缩减,同时从多个参数特征方面与传统的基于损伤保留的编辑方法所得到的载荷谱进行对比。为了进一步验证编辑效果,采用编辑谱和原始谱对弹簧进行疲劳仿真。结果表明,该方法能够有效缩短汽车零部件的载荷谱,可得到与原始载荷谱具有相同加载效果的编辑载荷谱。     

[车辆工程与测控]基于损伤关联编辑法的地铁支架安装座寿命研究

以地铁底架天线安装座为研究对象,提出一种铝合金焊缝载荷谱编制方法。基于多通道损伤关联编辑理论选定加速参数,构建预设损伤与伪损伤最相符的加速激励谱。分析目标谱的时域与频域特性发现,损伤关联编辑法加速效果明显且各项基本特性参数误差可控制在5%以内。建立有限元模型,分别采用准静态叠加与单轴谐响应方法计算累积损伤,仿真结果表明载荷谱缩减前后焊缝疲劳寿命误差在10%以内且加速效率高,验证了该载荷谱编制方法的合理性。台架模拟长寿命试验数据表明,使用编制过的载荷谱后,试验时间可缩短40%以上,焊缝疲劳损伤误差可控制在15%以内。该方法可为车辆其他设备载荷谱编制提供参考。     

钛合金TC11微动疲劳特性研究

以航空发动机榫连接结构微动疲劳问题的简化模型为研究对象,设计和制造了一套采用液压加载方式来实现微动疲劳法向载荷施加的试验装置,用于研究钛合金TC11微动疲劳的损伤过程,并对试验过程中在接触区域萌生裂纹的试件断口进行观测。研究结果表明:保持法向载荷恒定不变,增加轴向载荷将减少微动疲劳寿命。同样,保持轴向载荷恒定不变,法向载荷对微动疲劳寿命影响不如轴向载荷显著。另外,等效应力和滑移幅值是微动疲劳寿命的主要影响因素。     

基于有限元法的齿轮磨合载荷谱的优化

优化磨合规范并尽量缩短磨合时间,是提高车辆零部件性能和生产效率、减少能耗和排放物的重要措施.应用ANSYS软件分析JCCY-2型内燃铲运机变速箱Ⅰ轴齿轮的最大应力,并分析加载转矩和最大应力的关系.通过已知的数据点,应用MATLAB拟合出应力和寿命的对应关系曲线.应用Conover理论将载荷分为8级,并制定相应的载荷谱.应用线性疲劳累积损伤理论优化8级载荷谱,缩短磨合时间.     

车身台架疲劳试验程序载荷谱研究

提出一种能简化加速车身台架疲劳试验的程序载荷谱编谱方法。基于试车场实测路谱准确获取车身连接点随机载荷谱,并简化为车身转矩载荷谱。应用雨流计数法和数理统计方法,得到均幅值载荷分布规律,其中均值服从正态分布,幅值服从威布尔分布;编制程序载荷谱并简化。应用有限元法和疲劳分析理论对车身疲劳寿命进行预测,从疲劳所用时间和行驶里程两个方面对危险部位寿命进行比较分析;结果表明,在车身连接点随机载荷谱和编制的程序载荷谱的作用下,车身的损伤分布及大小基本一致,验证程序载荷谱的有效性。所提出的编谱方法对其他车型的车身台架疲劳试验也有一定的应用和参考价值。     

载荷谱强化等损伤寿命折算新方法

强化载荷谱,缩短疲劳寿命实验时间,在工程实际中具有重要意义。但目前载荷谱强化等损伤寿命折算多采用名义应力法,不考虑载荷顺序效应与载荷相互作用效应,使寿命预测存在较大误差。文中通过载荷谱强化这两种效应分析,发现载荷谱所有载荷按比例增大一定倍数的强化方法可使载荷相互作用效应保持稳定。进而提出兼顾这两种损伤效应的强化载荷谱寿命折算新方法。并采用两个实际谱,通过原谱与强化谱寿命实验,对该方法作了验证。     

变速器可靠性试验强化系数研究

为了进一步提高可靠性强化试验及结果评价的合理性,利用实测载荷谱和疲劳寿命预测理论,计算了变速器室内/外可靠性试验和用户实际使用路面可靠性试验的疲劳寿命,进而确定了室内/外可靠性试验载荷谱的强化系数。通过分析计算,浓缩前后强化载荷谱的损伤值基本一致,而时间大大缩短,说明该浓缩的强化载荷谱能够快速有效地预测零/部件的疲劳寿命,并为产品的可靠性强化试验提供依据。     

名词解释

循环应力应变曲线在低周疲劳试验中,经过一定次数的循环后,应力应变的变化趋于稳定,迟滞回线接近于封闭环的应力-应变曲线。应力-寿命曲线在疲劳试验中,得到的各应力σ及其相应的寿命N之间关系的曲线;在低疲劳试验中,得到的各应力σ及其相应的寿命N之间关系曲线,这两条曲线统称S-N曲线。尺寸系数除试样尺寸外其他情况均相同时,非标准尺寸试样的疲劳极限与同材料标准尺寸试样的疲劳极限之比值。载荷谱将实测的载荷-时间历程舍去小载荷,进行简化及处理后得到的用于疲劳试验的加载谱。     

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。     

在斜向载荷作用下耳片疲劳寿命分析的等效载荷法

通过对耳片在不同加载角度下进行受力分析,针对耳片受斜向拉-压疲劳载荷的寿命分析问题,对压缩载荷进行等效处理,得到有效载荷系数λ,将疲劳载荷谱等效为P_(max)~λP_(min),然后通过细节疲劳额定值(DFR)方法得到耳片结构的疲劳寿命,最后通过加载角为45°的耳片疲劳试验对该方法进行了验证,证明该方法具有工程实用性。     

民机金属结构地空地不变的载荷谱加重方法

全尺寸疲劳试验是飞机研制过程中必不可少的一个环节,但是其过长的试验周期已成为制约型号研制的瓶颈。本文提出了地空地不变的加重方法及寿命反推方法,能在保证地空地载荷不变的情况下提高每块谱的损伤,减少总循环块数,达到缩短试验周期的目的,同时可用加重谱反推原谱寿命。本文选取某型飞机外翼放油口部位进行验证试验,在加重1.2倍的情况下,用加重后的疲劳寿命反推原谱疲劳寿命,破坏部位和原谱下破坏部位相同,寿命反推结果与试验结果的误差在工程可接受范围内,说明本加重方法具有一定的工程实用价值,可供后续研究人员使用。     

地铁机车驱动器齿轮箱试验台技术方案设计

针对某地铁机车驱动器进行了加速寿命试验理论和方法的研究,通过分析比较确定采用电功率封闭式试验台的布置方案,设计齿轮箱试验加载器,根据疲劳累积损伤理论建立了适用于地铁机车驱动器加速寿命试验的数学模型,将地铁机车的行驶载荷谱放大得到了加速寿命试验强化载荷谱,形成了机车驱动器齿轮箱试验台技术方案,为机车驱动器齿轮箱试验提供了技术支撑。     

基于AAR标准的货车疲劳寿命评估

介绍了美国AAR机车车辆手册的疲劳寿命计算方法,并以C70通用货车为例计算了其车体的疲劳寿命。计算载荷谱数据来源于AAR标准,采用载荷-应力转换系数将载荷谱转换为应力谱,计算方法采用基于名义应力法的Miner疲劳损伤累计法则。计算结果表明C70车体可以满足625万公里的安全运用要求。可作为AAR标准下铁路货车疲劳寿命计算的参考。     

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。     

回转马达减速机加速寿命设计与试验研究

针对回转马达减速机在没有全工况载荷谱的情况下产品可靠性台架试验困难的问题,基于材料有限寿命S-N疲劳曲线和Miner疲劳损伤理论对5t挖掘机回转马达减速机的等效加速寿命试验(ALT)进行了研究。通过推导等效转矩与应力关系、等效加速系数K以及试验载荷与循环次数关系,得到了加速寿命试验的分段试验载荷和考核时间,从而确定了产品台架考核的等效加速寿命试验方法。试验结果表明,所阐述的等效加速寿命试验方法是可行的,这种方法为工程机械回转马达减速机的疲劳寿命设计和试验大纲的制定提供了参考依据。