十字形薄板双轴疲劳试验的设计与实现

基于双轴疲劳试验数据较少的现状,采用双通道载荷控制技术,将电液伺服材料试验机INSTRON 1251系统横向作动器与纵向作动器组合,研制了十字形薄板试样双轴疲劳试验测试工装夹具,设计了十字形薄板试样双轴疲劳试验系统,达到了十字形薄板试样双轴疲劳试验要求及数据监测记录功能。试验运行表明:该试验设计实现了可靠双轴加载,试验控制精度高,为材料或零件结构设计与强度评估提供了基础技术支持。     

深水浮体平台焊接结构疲劳性能测试方法

为了解决现有规范对深水浮体平台复杂焊接结构疲劳设计的适用性难题,攻克了多种复杂载荷下多油缸协同控制技术瓶颈,研制了国际首台套双轴拉压 + 双轴弯曲复合加载的结构级疲劳测试装置与拉压 + 弯曲复合加载的全板厚焊接节点疲劳测试装置,并建立了空气、海水自由腐蚀、阴极保护腐蚀等多种环境下标准试样的材料级疲劳性能测试方法,构建了多尺度、多环境、多荷载的“材料级-节点级-结构级”焊接结构疲劳测试试验平台,可为中国发展超深水浮体平台在南海复杂恶劣海洋环境下的疲劳设计验证提供有力支撑.     

电液疲劳试验系统加载策略研究

为更好地复现实际工程中物体所受的各种复杂载荷,提出一种基于相位控制的双激振器电液疲劳试验系统:应用流体动力学和系统动力学理论建立激振器与疲劳试验系统数学模型,非线性分析激振器激励-响应特性,拟定疲劳试验系统加载策略;最后搭建试验平台,验证理论分析的准确性及加载策略的可行性。研究结果表明:实测激振器输出力波形与仿真分析结果基本一致,所拟的3种加载模式可达预期目标,即疲劳试验系统能输出不同频率和极值的拉-压交变力、交变力矩和交变力偶矩满足试验需要。     

电液伺服双轴疲劳试验力控制系统及其幅值相位控制算法的研究

由于汽车排气管在实际运行环境中受到复杂交变载荷,单轴的疲劳试验不能准确预测试件的疲劳寿命。双轴的协同加载能更好地模拟实际工况,但需要对两个轴力传感器输出信号的幅值和相位差进行精确控制。因此,针对排气管双轴动态加载的需求,研发一种力控制的电液伺服式双轴疲劳试验加载装置,并设计基于PXI总线结构和多DSP并行处理技术的多轴伺服控制器,基于伺服闭环和外环驱动谱修正相结合的控制算法,实现了双通道正弦波的幅值相位控制。为验证算法的性能,两通道参考信号均采用频率为10 Hz,幅值为2. 363 k N的正弦波,并且相位差为90°,对排气管进行双轴疲劳试验。试验结果表明:该双轴力加载系统能精确地跟踪参考信号的幅值和相位差。     

两级低-高加载下拉剪点焊试样的疲劳损伤研究

对拉剪点焊试样进行了两组不同载荷水平的两级低-高循环加载试验,得到随第一级载荷下循环数变化,点焊试样的剩余寿命和总疲劳寿命变化规律。使用Miner线性累积损伤理论计算得到两种不同载荷水平下试样总的疲劳损伤。结果表明:对于低-高加载,随着低载水平下循环数的增多,高载荷水平下的剩余寿命以及损伤值呈逐渐减小趋势,总疲劳寿命逐渐增大。当低载水平载荷幅值较小时,点焊试样破坏时的累计损伤值普遍存在小于1的现象,且这种现象可能对疲劳寿命估算存在一定的影响。     

疲劳载荷下P／M Rene95合金中夹杂物的微观行为研究

采用人工植入Al2O3夹杂的试样，通过SEM下的原位试验，动态跟踪及分析了拉－拉疲劳载荷下P／M Rene95合金中表面或近表面夹杂物的微观行为。结果表明：在所研究的夹杂物的尺度范围内，载荷波形对夹杂物的微观力学行为有很大影响。在三角波加载条件下，虽然夹杂物／基体界面更易萌生裂纹，但表面或近表面夹杂物对试样的断裂影响较小；在正弦波载荷条件下，疲劳裂纹的萌生、扩展及试样的断裂均与表面或近表面夹杂物的基本特性有关。而且，降低正弦波加载时的应力幅值可大大提高夹杂物／基体界面疲劳裂纹的萌生寿命。     

基于固有频率变化和载荷特性的点焊疲劳寿命预测

基于疲劳试验和动态响应试验,对单点拉剪点焊试件在恒幅、变幅和随机疲劳过程中的固有频率变化特性进行了研究.通过恒幅、变幅疲劳损伤过程中的频率响应函数曲线和各阶模态固有频率的比较,提出以载荷和频率变化率作为描述点焊疲劳损伤的特征参量,并利用剩余寿命比,建立了频率变化率与参量的线性关系,并以此关系描述随机载荷的疲劳过程.根据加载载荷、频率变化率和当前循环数来预测寿命,适用于载荷谱已知,固有频率可测情况下的疲劳寿命预测,预测值与试验值吻合较好.     

基于多轴载荷相位差的神经网络预测钛合金疲劳寿命EI北大核心CSCD

钛合金是航空、航天等领域重要的结构材料,面临着多轴疲劳寿命预测困难与繁琐等问题。为此,本文考虑了对称正弦波加载条件下的相位差与加载路径非比例度的关系,构建一种以相位差、正应变幅值和切应变幅值作为输入变量,以疲劳寿命作为输出变量的多轴疲劳寿命预测的神经网络模型;分别以18组纯钛、14组BT9钛合金和33组TC4钛合金多轴疲劳试验数据进行训练,用另外的2组纯钛、2组BT9钛合金和5组TC4钛合金数据进行测试;最后与等效应变模型、最大切应变模型、临界面模型进行比较。结果表明:与基于实验数据的唯象预测方法相比,基于多轴载荷相位差的神经网络方法在预测钛合金疲劳寿命方面更高效、更准确、更具普适性。     

某型高速加工用ISO20刀柄焊缝疲劳性能试验研究

刀柄是高速工具系统的核心部件,其性能的优劣直接影响到刀具系统的可靠性。刀体与变幅杆之间的焊缝是刀柄的薄弱环节,容易发生疲劳失效。为了研究某型高速加工用ISO20刀柄焊缝的疲劳性能,通过常规试验方法对ISO20刀柄焊接试样进行了拉压疲劳试验。结果表明:随着最大加载载荷的降低,ISO20刀柄焊接处的疲劳寿命明显增长;当最大循环载荷降至0.15F_b时,疲劳寿命超过200万次;ISO20刀柄焊缝在应力比R=-1条件下,ΔF-N曲线的方程为lgN=11.732-5.156lgΔF。     

变幅载荷作用下点焊焊接接头的疲劳损伤

对拉剪点焊试样进行了多级变幅疲劳加载,载荷块分别为低-高、高-低和低-高-低形式,测量了疲劳破坏过程中的固有频率.基于疲劳寿命试验结果和固有频率随疲劳寿命的变化,分析了点焊结构疲劳损伤累积的特点和加载次序对疲劳寿命的影响.结果表明,载荷块形状,即加载次序对疲劳寿命的影响并不明显,使用线性疲劳累积损伤理论预测的疲劳寿命接近实际疲劳寿命.依据固有频率的变化,可以监测疲劳寿命过程中出现的损伤,并确定损伤的程度.按照损伤力学中损伤随寿命的演化规律,可进行疲劳寿命预测,寿命预测结果与试验疲劳寿命吻合较好.     

Q345R疲劳损伤过程声发射信号特征分析

制冷系统压力容器应用非常广泛，对于该类在役压力容器还没有可靠的实时动态监测方法。提出采用声发射检测技术对制冷系统压力容器进行实时监测，通过对容器制造材料Q345R钢的疲劳载荷试验，采集材料损伤全过程的声发射信号进行特征参数分析、波形和频谱分析，发现材料从裂纹萌生到断裂失效过程的转折点，并对不同损伤阶段声发射信号波形和频谱的特性进行对比研究，找出各个阶段声发射信号的特征，为实现Q345R声发射动态监测和评价提供可靠依据。     

SIMULATION OF COMPLEX THERMOMECHANICAL FATIGUE

Two different types of experimental techniques to perform non-isothermal, uniaxial and biaxial fatigue tests were described. A new miniaturised electrothermalmechanical test rig was presented and discussed. It enables testing of small specimens under complex thermomechanical loading conditions. In order to cope with the simulation of well defined biaxial proportional and non-proportional loadings with in-phase and out-of-phase superposition of thermal loads a cruciform biaxial fatigue testing machine has been developed. Special design features of both machines, and the specimens tested, as well as typical test results were discussed.     

压痕应变法应力计算常数的数值模拟

压痕应变法是不依赖于材料的物性参数而最接近无损的一种应力测试方法，目前其应用的最大问题是应力计算常数的获得. 文中通过对动态压入材料的特性分析，以无应力下的应变增量试验数据为依据，基于传统拉伸曲线，针对不同材料动态确定合理的压入载荷，建立了适用于大多数金属材料的标定模型.结果表明，该模型所获得的标定曲线稳定可靠，规律性和准确度均优于传统的试验标定结果，基本可以代替传统的标定试验.     

一种用于疲劳及动静载实验的电液伺服控制器研究

电液伺服控制器是风机轴系疲劳实验和动静载实验测试台的重要组成部分。设计了一种基于C8051F060的电液伺服控制器。给出了该控制器的系统结构设计方案,并详细介绍了控制器的硬件设计和软件设计。对常规PID算法和前馈PID控制算法进行了对比分析与研究,并在MATLAB环境下分别对其进行仿真,验证了前馈PID控制的良好动态跟踪性能。最后在实验测试台上测试性能,实验结果表明:该控制器与传统的控制器相比,具有结构简单,控制精度高、控制平稳,动态跟踪性能好等优点,能够满足设计要求。     

基于断裂参量K因子的焊接接头等承载设计系统

以高效准确的获得含不同缺陷接头满足等承载时的形状参数为目标,结合断裂力学理论及专家系统思想,开发了基于断裂参量K因子的焊接接头等承载设计系统.结果表明,该系统不但可以高效准确的给出焊缝和母材都含缺陷以及焊缝含缺陷母材无缺陷的接头满足等承载时的形状参数,显著提高了等承载接头的设计效率及准确性,推广了等承载接头设计思想.而且能够计算含缺陷接头承受静载时的应力强度因子、J积分、裂纹尖端张开位移、临界载荷和临界裂纹尺寸以及含缺陷接头承受疲劳载荷时的许用载荷幅值和裂纹扩展速率等相关参量,为准确指导含缺陷接头形状设计及安全性评估提供了基础.     

通用起落架静力/疲劳综合试验台的研制

以某型飞机主起落架作为设计对象,通过综合分析它需要完成的各种试验工况及承受的载荷,研制该通用起落架结构静力/疲劳试验综合试验台,能够满足100吨级中型运输机及以下起落架对结构静力和疲劳试验的要求。通过缓冲器变行程装置、加载点跟随装置及加载撬杠的独特设计,可以适用于各种型号不同高度规格的起落架试验,提高了试验台的通用性;控制系统分为试验载荷加载控制系统和加载点跟随装置控制系统,按照试验流程进行切换,不间断进行试验,提升了试验效率及自动化水平。     

焊接结构模态结构应力法程序开发及工程应用

主S-N曲线法作为疲劳计算的新方法在焊接结构疲劳分析中被广泛采用.为了实现该方法在试验载荷下基于稳态动力学计算结果开展焊接结构疲劳寿命预测,首先引入台架模型作为边界条件,实现将试验载荷作为仿真分析的输入,基于模态叠加法的稳态动力学理论获得较准确的焊缝动态响应.其次在主S-N曲线法的准静态计算流程基础上,扩展其内涵,提出基于模态结构应力叠加的动态结构应力计算方法,该方法将稳态动力学计算的模态坐标与焊缝的模态结构应力进行叠加,实现动态结构应力计算及动态等效结构应力计算,再采用主S-N曲线进行寿命评估预测.进一步开发了焊接结构模态结构应力法疲劳评估软件,基于该软件开展了车体疲劳评估和疲劳试验对比.结果表明,该方法比传统方法更能有效地识别出动态加载下车体的疲劳破坏部位,验证了该方法在试验动态载荷加载下开展焊接结构疲劳评估的有效性和优越性,为研究焊接结构疲劳寿命评估理论和拓展主S-N曲线法提供了技术基础.