服从正态分布随机载荷作用下齿轮弯曲疲劳试验研究

根据齿轮传动过程中普遍承受的高斯分布载荷谱,编制了试验用随机变幅疲劳载荷谱,在MTS电液伺服疲劳试验机上利用成组试验方法完成了该随机载荷作用下全寿命齿轮弯曲疲劳试验,得到了特定变差系数高斯分布载荷谱下齿轮弯曲强度的R-S-N曲线。试验结果证明,随机变幅疲劳试验得出的轮齿疲劳寿命低于由疲劳载荷上限值取为载荷谱均值的恒载荷疲劳试验得出的疲劳寿命,因此,如果采用后者的试验结果去估算实际服役中的齿轮的弯曲疲劳寿命是非常危险的。对随机载荷下的齿轮设计的疲劳极限的理论值进行了预测,并与试验结果进行了比较。结果表明,理论分析结果与试验结果基本相符。     

疲劳载荷作用下激光熔覆试件磁记忆试验研究

对Q235基体材料激光熔覆Ni基合金试件进行四级应力水平疲劳试验和磁记忆信号检测试验,研究激光熔覆试件在载荷作用下造成的疲劳损伤对磁记忆信号的影响规律以及激光熔覆参数、疲劳载荷对疲劳损伤程度的影响规律。结果显示利用磁记忆信号均值梯度曲线的突变位置可以标明疲劳损伤位置,采用熔覆区域均值梯度突变峰值和所有检测点均值梯度平均值的比值对疲劳损伤程度进行定量评估。疲劳损伤程度定量评估结果及疲劳试验结果均表明激光功率增加、扫描速度降低,都会使疲劳损伤程度增加,疲劳损伤程度和载荷大小具有较强的相关性,载荷越大,熔覆区域的疲劳损伤亦越大。     

路面对悬架螺旋弹簧激励的仿真及载荷谱编制

在MATLAB/Simulink平台下模拟了汽车悬架螺旋弹簧在数种工况下的最大切应力-时间历程,经采用雨流计数方法处理,建立了载荷幅值、均值和相应频次的关系,利用数理统计的方法得到了各工况的分布数学模型,并建立了载荷幅值和均值的联合分布,得出了多工况下悬架圆柱螺旋弹簧的全寿命里程二维疲劳载荷谱。     

随机风载下齿轮副接触疲劳裂纹萌生寿命研究

对随机风场进行了模拟,得到了正常发电工况下主轴扭矩的时间历程;建立了齿轮副的三维有限元模型,计算了在静态载荷下齿轮副的应力应变。采用随机载荷雨流计数法对齿轮载荷进行雨流计数,并对结果进行了统计学分析,得到应力均值符合三参数威布尔分布。研究了服从三参数威布尔分布的分布参数对齿轮接触疲劳裂纹萌生寿命的影响。结果表明采用随机载荷相对于采用载荷均值齿轮的接触疲劳裂纹萌生寿命疲劳寿命下降,形状参数增大齿轮接触疲劳裂纹萌生寿命增大,尺度参数和位置参数增大齿轮的接触疲劳裂纹萌生寿命减小。     

二维随机载荷作用下疲劳寿命的研究

基于Goodman公式和Miner损伤定则,提出了一种考虑载荷均值影响的二维随机载荷作用下疲劳寿命的计算方法。在此基础上以幅值和均值均符合正态分布的随机载荷为研究对象,推导出了其当量载荷的概率密度函数和等效载荷的数学模型,采用Gauss-Legendre求积公式进行积分运算,对该载荷作用下的疲劳寿命进行了研究。分析了等效载荷随载荷均值和幅值不同分布参数变化而变化的规律,并与不考虑载荷均值的一维随机载荷作用下的等效载荷进行了对比。研究结果表明：载荷均值μm的正负变化对等效载荷产生明显的影响,负的μm导致等效载荷降低,甚至低于一维随机载荷作用下的等效载荷;而正的μm会导致等效载荷迅速增大以至到远大于一维随机载荷作用的等效载荷;当μm=0时,二维随机载荷则略高于一维随机载荷作用的等效载荷。     

基于二维载荷谱的疲劳寿命估算

在随机疲劳载荷作用下．应用雨流计数法建立二维疲劳载荷谱,将随机载荷-时间历程处理成以载荷幅值和均值为变量的二维联合概率密度函数：通过建立等幅疲劳中值Su-Sm-N曲面,应用Miner线性疲劳累积损伤理论,提出了基于二维载荷谱的疲劳寿命估算方法？最后,给出了一个具体应用实例,计算结果表明,应用二维疲劳载荷谱进行疲劳寿命计算较一维载荷谱更为合理,具有较好的工程应用价值。     

装载机连杆载荷测试与载荷谱编制方法研究

为了研究装载机连杆载荷与疲劳可靠性试验所需载荷谱特性,提出一种连杆载荷测试与载荷谱编制方法。设计连杆力测试传感器,在大石方、黏土、砂子和小石方4种物料工况下进行连杆载荷测试试验。利用峰谷抽取和小波处理实现了实测数据的压缩编辑,通过雨流计数获得了合成工况下连杆载荷均值频次和幅值频次分别服从正态分布和三参数威布尔分布的拟合数学模型,且载荷均值分布和幅值分布相互独立,编制了连杆二维载荷谱和疲劳试验程序谱,为连杆结构疲劳可靠性分析提供依据。     

随机载荷下矿用自卸车后桥壳疲劳寿命分析

矿用自卸车行驶路况非常恶劣,为研究国产首台SF33900型矿用自卸车后桥壳的疲劳寿命,建立后桥壳有限元分析模型,将载荷峰值作用下的仿真应力结果与试验结果进行对比分析,得出两者数值比较接近,从而验证了该模型具有一定的准确性。将动力学分析结果作为后桥壳疲劳寿命分析的随机载荷谱,得出水平路面普通工况下的疲劳寿命分布云图,其最小寿命满足工程要求。为研究载荷变化对后桥壳疲劳寿命的灵敏性,对比分析三处载荷变化对后桥壳疲劳寿命的影响程度,得出后横拉杆和悬架下支点位置受力变化对后桥壳疲劳寿命影响较大。另外,还考虑载荷频率变化对后桥壳疲劳寿命的影响,结果表明,载荷频率变化比幅值变化更能影响疲劳寿命。     

提升用34×7+FC型钢丝绳疲劳寿命预估

对提升用34×7+FC型钢丝绳进行了疲劳寿命分析方法的研究,以动力学仿真软件为平台,模拟钢丝绳提升过程拉-扭载荷与接触结合的载荷历程,采用雨流计数法分析出钢丝绳所受载荷的均值、幅值及循环次数等疲劳参数,最后根据应力寿命法和Miner疲劳损伤累积法则建立钢丝绳疲劳寿命预估的计算模型。通过计算分析,研究得出钢丝绳疲劳损伤程度与提升次数的变化规律,以及钢丝绳疲劳寿命与轮绳直径比的特征关系,为钢丝绳疲劳寿命分析做出一些有用的探索与研究。     

二维随机载荷作用下汽车螺旋弹簧疲劳损伤研究

提出了二维随机载荷谱外推的三种方法;对幅值服从形状参数α=1、位置参数ε=0的威布尔分布和均值服从正态分布的二维随机载荷的当量载荷的概率密度函数进行了推导,给出了概率密度函数的数学模型。以一款城市SUV为研究对象,采集试验场强化路面的载荷谱数据,提出了采用样本截断方法进行随机载荷谱参数估计的方法。参数检验结果表明,在中高载荷段,采用该方法可以很好地实现对所采集的载荷谱数据的拟合。采用载荷谱分级法对所采集的二维随机载荷进行外推,基于外推的载荷谱对疲劳损伤进行计算分析,研究了不同的载荷分级方法对疲劳损伤计算结果的影响。研究结果表明,当载荷谱幅值分级小于20级时,损伤计算会有较大误差,出现偏小的结果,载荷均值的分级影响相对要小于幅值的分级影响。     

考虑过载效应的金属材料疲劳裂纹扩展试验数据拟合及疲劳裂纹扩展速度计算方法研究

提出一种拟合金属材料疲劳裂纹扩展试验数据,并计算疲劳裂纹扩展速度的通用方法。该方法采用递增的三次多项式函数拟合疲劳试验数据,并采用平均加权方式计算各局部函数拟合的结果,提高了试验数据的拟合精度和疲劳裂纹扩展速度的准确性。通过在疲劳裂纹长度和扩展速度拟合结果的加权计算过程中引入delta函数,该通用方法能够有效地拟合常幅和存在过载载荷的疲劳裂纹扩展试验数据,并计算各试验点的裂纹扩展速度,同时保证了三次多项式拟合过程的连续性。通过多组常幅和存在过载载荷的疲劳试验数据拟合和现有方法及扩展有限元预测结果的对比分析,验证了该通用方法的有效性。     

某型飞机主起落架活塞杆寿命分析

活塞杆是飞机主起落架疲劳关键件,本文用GAP单元模拟活塞杆与外筒接触,建立细节分析模型,进行了谱栽下栽荷等效计算和细节应力分析,得到应力谱,并对疲劳薄弱部位进行了寿命估算.     

42CrMo钢渗碳淬火齿轮弯曲疲劳极限快速测定

针对42CrMo钢生产新齿轮的需要,进行了齿轮弯曲疲劳强度试验。在对该材料进行化学成分分析和硬度检测后,提出基于LOCATI方法进行双齿脉动加载试验。根据试验所得数据,按统计学原理,拟合出S-N曲线,并获得置信度为95%、可靠度为95%的弯曲疲劳极限应力值。为该材料齿轮的弯曲疲劳可靠性设计、有限寿命设计提供了真实的试验依据。     

硬齿面齿轮结构可靠性虚拟疲劳设计

介绍了机械零部件结构可靠性虚拟疲劳设计的软件及疲劳寿命预测方法。根据断裂力学理论和虚拟疲劳预测方法,利用系统动力学软件ADAMS模拟42CrMo硬齿面齿轮加工过程,分析了对应的疲劳载荷谱,得到了齿轮应力寿命S-N曲线。     

一种基于参数影响的数据驱动下的疲劳寿命预测方法

金属构件的主要失效方式是在循环载荷作用下的疲劳破坏,因此金属构件的疲劳寿命预测对于保证结构安全性和可靠性十分必要。能量法是一种既能用于低周疲劳寿命预测,也能用于高周疲劳寿命预测的方法,其以寻找有效的显式能量损伤参量为手段,结合适当的损伤积累方式进行寿命评估。针对材料疲劳寿命预测问题,提出一个基于能量法和人工神经网络算法的疲劳寿命预测方法。为了达到反映不同加载路径影响的目的,从转动惯量的角度引入两个路径相关参量。使用基于应变控制的九种材料的疲劳试验数据对提出的神经网络模型进行训练、测试。结果显示模型对训练数据和测试数据均有良好的预测精度,并可对单轴加载、多轴加载、高周疲劳和低周疲劳寿命进行有效预测,表明本模型在多轴疲劳寿命预测方面具有较广泛的适用性。     

接触分析在车轮弯曲疲劳有限元分析中的应用

利用有限元接触分析方法,建立车轮、试验轴、螺栓连接件的有限元模型,施加合理的载荷与边界条件,模拟车轮弯曲疲劳试验。通过有限元分析软件ANSYS,建立模型、设置接触对与相关参数,得出车轮高应力区域与各应力值。运用疲劳寿命计算理论中的名义应力法及ANSYS软件估算车轮疲劳寿命,且两数据基本一致。与车轮弯曲疲劳试验结果比较表明:在疲劳寿命计算理论与ANSYS软件估算的疲劳寿命内车轮均没有破坏。从而验证了运用接触分析有限元法预估车轮寿命的有效性,为以后的结构改进起到了指导作用。     

Evaluations of characteristics of reliability and fatigue strength of components of mechanical constructions under the effect of a multistep random vibrational load

The method and algorithm for evaluating characteristics of reliability and fatigue strength of components of mechanical constructions under the effect of multistep random vibration with a random spectrum are presented. The acting load is specified at the fastening points of the piece or in a dangerous section of the component. The method allows us to evaluate the probability of the fatigue failure of the component, the measure of accumulated damages at each loading step and the overall loading time, and the mean and the average quadratic deviation of the component “lifetime” logarithm. Software for the automated working place, which implements this method and makes it possible to introduce the initial data manually from the file of single loading and multiple loading, is developed.     

Discrepancies of fatigue crack growth behaviour of API X65 steel

This paper discusses the fatigue life behaviour of the API X65 steel tested under constant amplitude loading in ambient temperature. The influence of repeated loading at a particular stress ratio would favour the initiation of fatigue cracks that would consequently affect the fatigue crack growth. The main objective of this paper is to evaluate the load ratio effects on fatigue crack growth rate, taking into account their statistical characteristics. The fatigue crack growth test was carried out using compact-tension specimen at different load ratios of 0.1, 0.4 and 0.7. The experimental results showed the crack growth rate was dependent on the applied load. It was observed that the load ratio effect was less significant in stable crack growth regions. The result was consistent with the multiple regression test obtained by the least square method at a significance level of 0.05. The empirical model of Paris and Walker was utilised to evaluate the effects of load ratio on the fatigue crack growth rates. The approximation of fatigue life lies between 10-25 % of error using conservative model and 6 % error using the Walker model. The experimental data was scattered within a factor-of-2 correlation line suggesting that the accuracy of the experimental data towards the estimated values was high.     

基于损伤力学-临界面法预估多轴疲劳寿命

基于损伤力学理论建立的非线性疲劳寿命预估模型在多轴疲劳寿命预估中获得了广泛的应用,但该模型并未考虑损伤面发生的位置及其物理意义,将其与临界面法相结合提出一种新的多轴非线性疲劳寿命预估模型,新模型能够弥补现有的非线性疲劳寿命预估模型未考虑临界面物理意义的不足。新模型从损伤的角度来预估多轴疲劳寿命,不仅考虑了临界面上裂纹形成及扩展的物理意义、相位差对附加强化现象的影响,而且对非对称加载下的平均应变进行修正。新模型仅仅利用单轴疲劳试验数据以及单轴疲劳材料常数就可以预估出试样的多轴疲劳寿命,从而避免了代价高昂的多轴疲劳试验。采用45钢、316不锈钢、钛合金TC4三种材料的多轴疲劳试验数据对提出的模型进行评估和验证,对几种材料比例/非比例以及对称/非对称加载下的多轴疲劳寿命进行预估,预估结果与试验结果的误差都在5%以内,结果表明提出的多轴非线性疲劳寿命预估模型具有较高的预估精度。     

Determination of fragments of multiaxial service loading strongly influencing the fatigue of machine components

The paper presents a method for determination of multiaxial load segments from original service histories, where the loaded machine part is meaningfully subjected to fatigue damage. These load segments are directly separated from a service-loading history, which can be of a random character. Typical procedures used for fatigue life assessment under multiaxial random loading are implemented to perform this task. While reduction from the multiaxial stress state to the equivalent uniaxial one, application of the linear multiaxial fatigue failure criteria was proposed. The equivalent stress history is subjected to the rainflow cycle-counting method, which allows to determine the amplitudes and mean values of counted cycles, their occurrence moment and time of duration. Influence of the stress mean value was taken into consideration with the Morrow's model. On the assumption of the linear Palmgren–Miner hypothesis of damage accumulation and the stress–life fatigue characteristics of the material, the damage-time function was determined. The load segments, where the influence on the material fatigue was significant, were determined on the basis of the fixed damage-intensity level and the proposed damage-intensity function. The presented method was studied on a hook loaded with two independent forces. FEM program which has the possibility to perform fatigue analysis was used during the computation for determining the expected place of crack initiation. The service-loading course was compressed to shorter one, so that only a small decrease of the fatigue damage in comparison with full length of the original service loading was observed. The proposed method seems to be right for preparing multiaxial loading histories in order to cut down the fatigue tests, especially in the case when the correlation between particular loading channels is very important.