轮式装载机半轴载荷谱编制及疲劳寿命预测

通过实测装载机半轴典型作业工况的载荷信号,编制了半轴的载荷谱,为预测半轴疲劳寿命提供了载荷条件。根据所编制的载荷谱和半轴有限元分析结果,利用Miner准则对半轴进行了疲劳寿命预测。分析了不同工况对疲劳寿命的影响。结果表明:原生土和半湿土工况造成的疲劳损伤比例达到68.6%,而其他工况造成的损伤较小。考虑到不确定因素对疲劳寿命的影响,对半轴的疲劳寿命进行了灵敏度分析。由灵敏度分析结果可知,当半轴表面有100MPa的残余压应力,可提高寿命3.7倍;载荷幅值增加10%,寿命减少80%。该方法可以为准确预测装载机半轴疲劳寿命,改进半轴结构提供参考。     

随机载荷条件下齿轮弯曲疲劳强度

从分析随机载荷谱的角度出发,推导了与随机载荷损伤等效的当量载荷计算公式,研究了载荷谱幅值的分布对齿轮的弯曲疲劳寿命造成的影响,并分析了在随机载荷工况下合理确定齿轮弯曲疲劳设计载荷的依据.     

齿轮箱箱体疲劳寿命研究的现状及发展趋势

对齿轮箱箱体疲劳寿命的研究进行综述,概括总结了齿轮箱箱体疲劳寿命研究的关键技术。从计算、试验、仿真等方面,介绍了齿轮箱箱体载荷谱的获取、疲劳试验和寿命分析方法的研究现状。对比各种载荷加载的优缺点,分析实测试验和虚拟试验,归纳了齿轮箱箱体疲劳寿命研究的热点和方向。     

基于层次聚类桥架起重机整机载荷谱编制方法

起重机载荷谱是起重机金属结构设计、使用、管理等环节进行疲劳分析和寿命预测的重要基础数据。针对现有载荷谱参数平均分类的不足,文中通过数据挖掘与分析,利用层次聚类的方法,采用最短距离法作为载荷以及载荷位移的聚类依据,提供一种基于聚类分析桥架类起重机整机载荷谱的编制方法。该方法为起重机疲劳寿命的评估提供依据。     

随机载荷条件下齿轮弯曲疲劳强度

从分析随机载荷谱的角度出发，推导了与随机载荷损伤等效的当量载荷计算公式，研究了载荷谱幅值的分布对齿轮的弯曲疲劳寿命造成的影响，并分析了在随机载荷工况下合理确定齿轮弯曲疲劳设计载荷的依据．     

东风—12型旋耕机刀轴疲劳寿命分析

讨论了构件在复杂载荷作用下其疲劳寿命的估算问题和根据线性累积损伤理论,通过引入当量载荷推导出构件在弯扭载荷作用下的疲劳寿命估算式,并利用刀轴弯扭载荷谱估算了刀轴的疲劳寿命,为刀轴的改进设计提供了理论依据。     

用改进的史密斯公式预测汽车车轮疲劳寿命

根据疲劳寿命预测理论,将史密斯公式作适当的改进,使之包含影响高周疲劳寿命的因素。引用LBF研究所的八级载荷谱作为车轮工作时的载荷谱,用有限元分析的应力值作为基本参数,将改进后的史密斯公式用于车轮的疲劳寿命预测,并以车轮弯曲疲劳试验结果验证此种方法预测寿命的可信性。     

挖掘机工作装置疲劳分析方法

针对挖掘机载荷谱难以实测获取,从而难以对其工作装置进行疲劳分析的问题,提出一种新的解决方法:首先通过对铲斗挖掘土壤过程进行仿真,获得挖掘阻力的完整变化过程,即挖掘阻力载荷谱;然后通过整机作业过程仿真,获得与上述挖掘阻力载荷谱相对应的工作装置各铰点载荷谱,并通过实测油缸压力进行对比验证;最后以经过验证的各铰点载荷谱实现工作装置的动臂和斗杆疲劳寿命分析。以某23t液压反铲挖掘机为例,详述了采用上述方法对其工作装置进行疲劳分析的过程,计算出动臂和斗杆在典型作业循环工况下的最低疲劳寿命分别为10~(5.978)和10~(6.47)次,验证了所提方法的有效性。     

5种疲劳计数方法对疲劳寿命预估的影响

选用11种疲劳计数统计处理方法中的5种计算机程序,对二汽技术中心EQ-140车轮轮辐实测的动载数据进行处理,根据处理结果编制成疲劳载荷谱,并转换成应力谱,用Minner法则进行疲劳寿命估算,得出5种不同的疲劳寿命估算结果,从而分析得出不同疲劳计数统计方法对疲劳寿命的影响。     

5 MW风力机叶片弯扭耦合特性分析

疲劳载荷是影响风力机叶片运行寿命的重要载荷,利用叶片固有特性之一的弯扭耦合特性,是降低叶片疲劳载荷的重要方式之一.采用有限元方法研究了5 MW风力机叶片的弯扭耦合特性,给出了在相同载荷作用下,梁帽不同铺层角度、不同铺层材料和叶片不同主梁结构的叶片扭转角度、摆振方向弯曲角度和耦合系数的分布规律.结果表明,铺层角度、叶片材料及内部结构都是影响叶片的弯扭耦合特性的重要因素.     

风力发电机旋转样本谱及疲劳寿命预测

为了考虑桨叶旋转效应,准确进行风力发电机疲劳寿命预测,提出了基于旋转样本谱的风力发电机疲劳寿命预测模型.借助Fourier变换,推导了考虑旋转效应的旋转样本谱,并与Von Karman谱(一种固定点紊流风谱)进行比较.在旋转样本谱的基础上,提出了源于Palmgren-Miner线性损伤准则的风力发电机疲劳寿命预测模型,并以1.25MW风力发电机为例进行疲劳寿命分析.结果表明,与固定点紊流风谱相比,旋转样本谱的能量分布发生了根本变化,其能量由低频向高频移动,在高频段曲线会出现多峰情况;基于旋转样本谱的疲劳寿命分析更接近实际情况,而基于Von Karman谱进行风力发电机疲劳寿命预测不够精确,且偏于不安全.     

风荷载的非高斯性对风机结构疲劳损伤的影响

为分析非高斯风荷载作用下风机结构的疲劳寿命,在穿越模型基础上,根据Monte Carlo模拟生成某典型风机正常风速条件下,高斯、非高斯硬化和软化3种风场的风速时程,用于分析风场的非高斯性对风机结构疲劳损伤的影响.由叶片的气动模型和多体动力,计算出风机的动力响应,并对响应的时域特性进行分析.基于线性损伤累积和线性裂纹扩展理论,对裂纹形成寿命和裂纹扩展寿命进行详细讨论.结果表明:不同概率特性风场作用下风机动力响应的最大值有所不同,且风机响应的非高斯性较风场的非高斯性减弱;在年平均风速较小地区,风场的非高斯性对风机疲劳寿命影响较小;但随着年平均风速的增大,非高斯性对疲劳寿命的影响显著增大,当年平均风速为7 m/s和9 m/s时,相较于高斯风场,软化过程的裂纹形成寿命减小约10%.因此,在年平均风速较大地区,需要考虑风场的软化特性对风机结构疲劳损伤的影响.     

风电机组Ⅱ区功率与叶片气动载荷协同控制

为了研究风力发电机组在低于额定功率时的最大风能捕获以及叶片的气动载荷,使得风力发电机组在整个生命周期内高效稳定地运行,提出了一种功率与载荷的协同控制方法,通过过渡区预变桨的方式控制风力发电机组功率与叶片气动载荷.采用所提出的功率与载荷协同控制策略在Matlab软件上搭建风力发电机组的仿真模型,计算得出了风力发电机组的功率和叶片气动载荷的数据,结果显示,协同控制策略能够在低于额定风速区域保持功率基本不变的情况下有效减小叶片的气动载荷,由此证明了所提出的协同控制策略的可行性.     

抗风结构疲劳损伤分析

本文对风荷载作用下结构的疲劳损伤进行了分析,对风荷载作用下广义单自由度体系顺风向反应谱进行了计算比较,提出了基于等效窄带过程法的抗风结构疲劳损伤计算方法,并用数值模拟法进行了计算比较,结果表明本文的方法是可行的。     

矿用汽车车桥推拉杆寿命预测分析

为准确预测矿用汽车车桥推拉杆的疲劳寿命,研究了路谱载荷与多轴疲劳理论相结合的有限元寿命分析方法.在实测路谱载荷下分析得出推拉杆的仿真寿命为354.98d,与实际使用寿命(270～540d)较为接近,表明应用该预测模式来估算推拉杆寿命的方法是可行的.     

不同入流条件及偏航角下的单风机尾流特性

随着大型风电基地建设,上游风机在运行时会使下游风场风速下降,湍流度增大,造成下游风机发电功率降低,加剧风机的疲劳破坏并缩短其服役周期。因此,亟需开展风机尾流研究,明确其特性及演化规律。为了揭示不同入流及偏航角下的单风机尾流特性,基于单风机尾流风洞试验,验证基于大涡模拟(Large Eddy Simulation, LES)结合致动线模型(Actuator Line Model, ALM)数值模拟方法的准确性;基于LES-ALM模拟方法研究入流风场（包括风速及湍流度）及偏航角对风机尾流特性的影响,阐明正负偏航角下单风机尾流的对称性。结果表明：随着背景湍流度的增大,风机尾流恢复速度加快;当入流条件相同时,风机设置正负对称偏航角,其尾流风速也表现出一定的对称性;风机偏航角越大,风机尾流膨胀宽度会逐渐减小,并降低尾流风速的亏损程度。     

建筑增强型垂直轴风力机气动特性数值研究

为捕获建筑环境中蕴藏丰富的高品质风能,结合高耸建筑的高度优势与建筑扩散体强化风速效应,将垂直轴风力机放置于不同建筑扩散体之间,通过数值模拟的方法研究建筑增强型垂直轴风力机在具有不同实度与不同翼型时的气动特性.结果表明:建筑扩散体可大幅提升风力机获能效率,建筑增强型垂直轴风力机较原始垂直轴风力机最大风能利用系数提升4.47倍,其最佳尖速比位置向右偏移,但其载荷波动较剧烈,且对建筑外廓敏感,其中圆弧形截面建筑可有效减小建筑分离涡造成的影响.随着实度的增加,建筑增强型垂直轴风力机风能利用系数先增大后因叶片间干扰而减小,其载荷波动和自启动性在多叶片时得到明显改善.对于不同系列的翼型,FXLV152翼型有助于减小疲劳累积损伤,最大厚度较大的NACA0021翼型有利于提高风力机的获能效率,S809非对称翼型则不适用于建筑增强型垂直轴风力机.数值结果为建筑增强型垂直轴风力机的工程应用提供部分参考依据.     

海上风机单桩基础疲劳损伤计算方法

为提高海上风机基础疲劳损伤计算的准确性,评价不同计算方法的适用性和影响,以海上风机单桩基础为例进行疲劳评价,建立全时域的动力分析模型和基于功率谱密度函数的频域疲劳损伤计算流程,研究气动阻尼比取值、风与波浪联合作用、应力幅概率分布模型对基础疲劳损伤的影响. 结果表明：基础疲劳损伤受气动阻尼比影响突出,风致疲劳损伤对气动阻尼比的敏感性大于浪致疲劳损伤;由于风与波浪联合作用对基础的疲劳损伤有较大影响,简单叠加风致疲劳损伤和浪致疲劳损伤得到的结果较风与波浪联合作用时偏小;确定合适的应力幅概率分布模型十分必要,频域法中采用Dirlik模型得到的风致疲劳损伤和采用快速傅里叶逆变换（IFFT）的浪致疲劳损伤分别与时域法的结果相近,但叠加的总疲劳损伤小于风与波浪联合作用时的总疲劳损伤.     

风电机组独立变桨距控制策略研究

为了减小叶片不平衡载荷造成的风电机组疲劳,运用空气动力学原理对风轮扫掠面内风速受风切效应和塔影效应影响所产生的俯仰弯矩和偏航弯矩等附加载荷进行分析,提出了基于载荷反馈的风电机组独立变桨距控制策略。通过d-q坐标变换,将三相旋转坐标系转化为两相静止坐标系进行控制。通过Bladed半实物仿真平台验证该控制策略的合理性和可行性。     

车 - 温度荷载耦合作用下悬索桥钢桥

针对传统悬索桥钢桥面板疲劳寿命评估方法忽略了温度荷载影响的问题,提出考虑车辆和温度 荷载耦合作用下悬索桥钢桥面板疲劳耐久性评估方法。以南溪长江大桥为工程背景,基于悬索桥主梁的车辆 动态称重（WIM）、U 肋细节应变、铺装层温度和环境温度监测数据,建立标准疲劳车辆模型、铺装层温度 概率模型和主梁温差模型。在 ANSYS 有限元平台,采用瞬态分析计算车辆和铺装层温度荷载耦合作用对结 构两类典型焊接细节的疲劳应力效应的影响,并统计结构温度梯度的疲劳应力谱。在此基础上,预测车 - 温 度荷载耦合作用下南溪长江大桥两类典型细节的疲劳寿命。研究表明：在车载不变的情况下,沥青铺装层温 度与等效应力幅呈现线性关系。温度对细节疲劳寿命的影响随着细节距铺装层距离的增大而衰减。温度梯度 疲劳荷载谱的循环次数明显较车载小,在两者耦合作用中,车载对疲劳损伤的贡献值占据主要地位。对比考 虑与不考虑车 - 温度荷载的耦合作用,南溪长江大桥梁服役 100 a 主梁细节 1 和细节 2 的疲劳损伤计算值分 别相差 5.06 和 1.50 倍。