基于连续损伤模型橡胶弹性减振元件疲劳寿命分析

基于连续介质损伤力学理论研究橡胶类材料疲劳寿命预测方法,用一阶Ogden应变能函数导出橡胶材料疲劳损伤演化方程,建立以等效应变范围为损伤参量的疲劳寿命预测模型。拟合橡胶材料无切口试样拉伸试验应力应变数据,获得橡胶超弹材料Ogden本构模型参数,通过有限元结构分析得出转臂橡胶球铰在疲劳载荷工况下的主应力分布。应用橡胶超弹材料等效应力计算法则与橡胶材料无切口拉伸试验应力应变数据,提出复杂应力状态下橡胶弹性减振元件等效应变范围计算方法,得出转臂橡胶球铰的等效应变范围。利用所建疲劳寿命模型对橡胶球铰进行寿命分析预测,并通过转臂橡胶球铰台架疲劳试验进行验证,结果显示试验疲劳寿命是预测疲劳寿命的1.96倍,预测精度比较理想。     

填充橡胶材料单轴拉伸疲劳试验及疲劳寿命模型研究

对由汽车橡胶隔振器常用的橡胶材料制作的试件(哑铃形试片和哑铃形试柱),进行单轴拉伸疲劳试验。基于哑铃形试片的试验数据,分别以最大主应变量峰值、八面体切应变峰值和应变能密度峰值为损伤参量建立橡胶单轴疲劳寿命预测模型。结果表明,最大主应变量峰值、八面体切应变峰值和应变能密度峰值为损伤参量的寿命预测模型均能很好地以幂法则来建立损伤参量与疲劳寿命之间的关系,预测寿命与实测寿命的相关系数均达到0.9以上。其中以最大主Green-Lagrange应变峰值为损伤参量的寿命模型预测效果最佳,并以此最佳寿命模型预测哑铃形试柱的拉伸疲劳寿命。结果表明预测的哑铃形试柱拉伸疲劳寿命分布在实测寿命2倍分散因子之内,最大相对误差不超过28%。因此,为了节省试验成本和缩短试验周期,可用成本较低的哑铃形试片来代表哑铃形试柱进行橡胶材料的拉伸疲劳试验。     

橡胶弹性减振元件疲劳裂纹扩展寿命分析

对NR68橡胶纯剪切试样进行疲劳裂纹扩展试验,结果表明裂纹扩展率与撕裂能之间存在幂率关系.基于疲劳累计损伤理论,以撕裂能范围为损伤参量,建立橡胶疲劳寿命预测模型.对NR68橡胶裂纹扩展试验数据进行回归分析,拟合得出模型参数.综合应用有限元结构分析方法、橡胶材料等效应力计算方法和橡胶单侧切口拉伸(Single edge notched tensile,SENT)试样拉伸试验的应力应变数据,提出橡胶弹性减振元件撕裂能范围的计算方法,从而将弹性减振元件在复杂应力状态下的疲劳寿命问题转化为单向应力状态下橡胶材料的疲劳寿命问题.利用所建模型对锥形橡胶弹簧的疲劳寿命进行分析预测,并通过锥形橡胶弹簧台架疲劳试验进行验证,结果显示预测疲劳寿命是试验疲劳寿命的1.33倍,预测精度比较理想.     

汽车悬置橡胶结构抗疲劳设计

基于某车型动力总成拉杆悬置橡胶的材料拉伸试验数据，利用Abaqus软件拟合得到橡胶材料Ogden超弹性本构模型参数，并依据橡胶材料的应变疲劳理论，试验测试了ε-N疲劳曲线。基于悬置橡胶结构的刚度试验标定了其有限元模型，再根据疲劳台架试验进行了悬置橡胶疲劳寿命计算与结构优化，最后预测了其在整车驱动耐久试验疲劳寿命。     

汽车动力总成橡胶悬置的疲劳寿命实测与预测方法

以某汽车动力总成橡胶悬置的寿命预测为研究目标,基于哑铃形橡胶试件的疲劳试验结果,分别以应变能密度、最大主Green-Lagrange应变、有效应力为损伤参量建立该橡胶材料的三种寿命预测模型。利用建立的三种疲劳寿命预测模型,对该汽车动力总成橡胶悬置疲劳寿命进行预测,并与实测结果进行对比分析。对比分析结果表明,以应变能密度为损伤参量的疲劳寿命预测模型和以最大主Green-Lagrange应变为损伤参量的疲劳寿命预测模型的预测效果相对较差,预测寿命落在实测寿命的4倍分散线之内;以有效应力为损伤参量的寿命预测模型预测的橡胶悬置的寿命落在实测寿命的2倍分散线之内。因此,以有效应力为损伤参量的寿命预测模型可较好地预测该动力总成橡胶悬置的疲劳寿命。     

一种舰用橡胶减振器疲劳寿命预测方法研究

针对橡胶减振器在舰船设备应用中常伴随着不可预见的疲劳失效问题,对舰用BE-300型橡胶减振器疲劳寿命预测方法进行了研究。基于连续介质力学理论,通过开展橡胶材料拉伸疲劳试验,建立了减振器橡胶材料的疲劳寿命预测模型;根据减振器橡胶材料的单轴拉伸和单轴压缩试验数据拟合结果,选择2阶多项式本构模型进行了橡胶减振器的有限元仿真;根据有限元仿真计算结果提取了橡胶减振器的最大主应力分量,结合橡胶材料疲劳寿命模型预测了橡胶减振器的疲劳寿命。研究结果表明:选取不同的疲劳损伤参量所得到的寿命预测结果并不相同,以等效应变为损伤参量对橡胶减振器寿命进行预测得到的结果与实际情况较为符合,该方法可用来预测舰用橡胶减振器的疲劳寿命。     

汽车控制臂后衬套台架试验疲劳寿命分析

实现多轴工况下的橡胶部件的疲劳寿命预测具有重要意义,对橡胶衬套的台架疲劳试验寿命进行预测,研究和分析实现衬套多轴疲劳寿命预测的一些关键问题。进行衬套部件的台架疲劳试验,获得了部件的试验疲劳寿命。选定疲劳损伤模型,进行橡胶材料的疲劳寿命测试,拟合模型参数;使用有限元仿真和线性叠加法计算得到衬套在台架疲劳试验中的应力和应变响应;对衬套的台架试验疲劳寿命进行预测,分析损伤参数、载荷相位、线性叠加等因素对疲劳寿命的影响。结果表明,该文的材料疲劳试验方法和寿命预测方法能够较好地预测橡胶衬套台架疲劳寿命;对于台架试验工况,损伤参数对寿命影响不大,载荷的相位对寿命影响较大,线性叠加引起的误差不大。     

用疲劳寿命计实现的寿命预测方法

疲劳寿命计是电阻－疲劳响应记忆元件，其电阻值随疲劳而增加，载荷卸除后电阻变化值保留。本文介绍所研制疲劳寿命计特性曲线与材料疲劳曲线的拟合方法，设计和标定了应变倍增器。应变倍增器可使疲劳寿命计电阻变化特性曲线的多数材料的疲劳曲线更好拟合。根据疲劳寿命电阻变化值可以预测年的疲劳寿命。     

发动机悬置橡胶元件疲劳特性研究进展

发动机悬置橡胶元件的耐疲劳特性严重影响其使用寿命。阐述了橡胶元件的疲劳破坏机理和橡胶元件疲劳寿命的影响因素,以及国内外在天然橡胶疲劳寿命预测和悬置橡胶元件疲劳破坏方面的研究进展情况。并指出了悬置橡胶元件抗疲劳设计的发展方向。     

基于加速度信号的悬置螺栓疲劳寿命研究

零件在实验工况下所受应力数据对预测其疲劳寿命至关重要。针对发动机悬置螺栓等无法通过应变片传感器直接得到载荷数据的部位,提出一种基于加速度信号的悬置螺栓疲劳寿命估计方法。通过宏观断口及力学模型分析,明确了在不同工况下造成悬置螺栓疲劳失效的主要矢量载荷与加速度载荷的转换关系。结合悬置螺栓S-N曲线,计算出不同工况下由加速度引起的弯矩和拉压波动载荷的时间历程,并进行了发动机悬置螺栓的疲劳损伤计算,从而形成了一种复杂载荷下的发动机悬置螺栓疲劳寿命分析方法。最后基于悬置螺栓在两种道路的应力载荷谱所分别对应的疲劳寿命,建立起了针对悬置螺栓的道路间的当量关系。     

不同损伤参量对橡胶隔振器疲劳寿命预测结果影响的研究

基于橡胶哑铃形试件的疲劳试验结果,分别以最大主工程应变、最大主对数应变、最大主Green-Lagrange应变、八面体切应变、应变能密度、Luo等效应力、Saintier等效应力为损伤参量建立七种橡胶疲劳寿命预测模型。应用此七种模型预测某汽车动力总成橡胶悬置的疲劳寿命,对比不同寿命模型的预测效果。研究结果表明,以最大主工程应变、最大主对数应变、最大主Green-Lagrange应变、八面体切应变、应变能密度为损伤参量建立的寿命模型预测的疲劳寿命均在实测寿命的4倍分散线之内;以Luo应力、Saintiter应力为损伤参量建立的寿命预测模型的预测寿命落在实测寿命的2倍分散线之内。因此,以Luo应力、Saintiter应力为损伤参量建立的寿命预测模型预测效果更好,Luo应力、Saintier应力更适合作为疲劳损伤参量来预测橡胶隔振器的疲劳寿命。     

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。     

Heat aging effects on the material property and the fatigue life of vulcanized natural rubber, and fatigue life prediction equations

When natural rubber is used for a long period of time, it becomes aged; it usually becomes hardened and loses its damping capability. This aging process affects not only the material property but also the (fatigue) life of natural rubber. In this paper the aging effects on the material property and the fatigue life were experimentally investigated. In addition, several fatigue life prediction equations for natural rubber were proposed. In order to investigate the aging effects on the material property, the load-stretch ratio curves were plotted from the results of the tensile test, the compression test and the simple shear test for virgin and heat-aged rubber specimens. Rubber specimens were heat-aged in an oven at a temperature ranging from 50°C to 90°C for a period ranging from 2 days to 16 days. In order to investigate the aging effects on the fatigue life, fatigue tests were conducted for differently heat-aged hourglass-shaped and simple shear specimens. Moreover, finite element simulations were conducted for the specimens to calculate physical quantities occurring in the specimens such as the maximum value of the effective stress, the strain energy density, the first invariant of the Cauchy-Green deformation tensor and the maximum principal nominal strain. Then, four fatigue life prediction equations based on one of the physical quantities could be obtained by fitting the equations to the test data. Finally, the fatigue life of a rubber bush used in an automobile was predicted by using the prediction equations, and it was compared with the test data of the bush to evaluate the reliability of those equations.     

新的多轴非比例加载低周疲劳寿命估算公式

利用对 3 16L不锈钢多轴非比例加载低周疲劳的试验结果 ,对现有的多轴低周疲劳寿命估算方法进行讨论 ;基于 3 16L不锈钢非比例加载低周疲劳的微观机理 ,选择最大剪应变以及应变路径的非比例度作为损伤参量 ,建立基于临界面方法的新的非比例加载低周疲劳寿命估算公式 ;利用新的非比例加载低周疲劳寿命估算公式对寿命的预测结果表明 ,新的寿命估算公式对剪切型破坏的 3 16L与 3 16LN不锈钢及拉伸型破坏的 3 0 4不锈钢非比例加载低周疲劳寿命预测精度比现有的临界面方法高     

自升式海洋平台固桩架结构的疲劳分析

针对海洋平台结构,传统的疲劳分析方法是采用应力校核．按照现有材料试样疲劳特性,运用经验公式,在大量简化基础上进行计算的方法,通常得到一个可行的、但不是最简便的疲劳分析方案。文中以某300英尺自升式海洋平台的固桩架为研究对象,在nSoft疲劳分析理论的基础上,运用计算机模拟试验法,估计固桩架构件的S-N曲线;在固桩架工作的时间历程里,确定其载荷谱块,进行寿命预测,为设计人员对类似结构的设计,估计其安全性提供了一定的参考价值。     

氮化硅陶瓷球滚动接触疲劳寿命模型

针对球与圆柱接触模型中的陶瓷球,利用WEIBULL断裂统计方法导出球疲劳失效概率与寿命之间的关系方程,在相关额定寿命与最大接触应力的数值解基础上,基于最大主拉应力,构建氮化硅陶瓷球的滚动接触疲劳寿命与接触应力的数学模型.经与不同接触应力水平下的滚动接触疲劳寿命试验结果验证,表明该拉应力一寿命模型的正确性,从而验证了氮化硅陶瓷球的滚动接触疲劳失效源于最大主拉应力,而非基于最大切应力的设想.通过与L.P切应力一寿命模型预测结果的比较,表明拉应力一寿命模型适合于陶瓷球的接触疲劳寿命预测.     

Study on determination of durability analysis process and fatigue damage parameter for rubber component

Rubber components, which have been widely used in the automotive industry as anti-vibration components for many years, are subjected to fluctuating loads, often failing due to the nucleation and growth of defects or cracks. To prevent such failures, it is necessary to understand the fatigue failure mechanism for rubber materials and to evaluate the fatigue life for rubber components. The objective of this study is to develop a durability analysis process for vulcanized rubber components, that can predict fatigue life at the initial product design step. The determination method of nonlinear material constants for FE analysis was proposed. Also, to investigate the applicability of the commonly used damage parameters, fatigue tests and corresponding finite element analyses were carried out and normal and shear strain was proposed as the fatigue damage parameter for rubber components. Fatigue analysis for automotive rubber components was performed and the durability analysis process was reviewed.     

基于有限元的多股螺旋弹簧疲劳寿命预测

针对多股螺旋弹簧（多股簧）的疲劳失效问题,以阿联酋某企业使用的特种多股簧为研究对象,通过有限元仿真分析多股簧的应力应变历程并利用子模型技术进行了应力应变的精确计算,通过静态响应试验验证了有限元模型的正确性;进行了钢丝材料试验,结合Manson模型推导出多股簧材料的疲劳性能参数;结合多股簧的应变和疲劳寿命预测模型预测了多股簧的疲劳寿命,并进行试验验证。研究结果表明：多股簧承载时,弹簧端部承受的应力较大,最大应力点位于外层钢丝且外层钢丝主要承受弯曲应力,与弹簧端部位置处外层钢丝疲劳断裂现象吻合; 静态响应仿真与实测值误差不超过5%;由SWT准则预测得到的疲劳寿命与试验疲劳寿命较为吻合,且预测疲劳断裂区与实际断裂区一致。