用应变能密度法分析纤维金属层板的微动疲劳特性

为研究纤维金属层板的微动疲劳特性,首先,基于三维坐标系下的临界平面法求解了纤维金属层板铝层临界平面上的应力和应变分量,并进一步求解了Smith-Watson-Topper （SWT）和I型Nita-Ogatta-Kuwabara （NOK）应变能密度参数;然后,建立了应变能密度参数-微动疲劳寿命关系式,并通过实验数据得到了寿命预测公式中的待定参数;最后,采用I型NOK应变能密度准则分析了铝层厚度、纤维层厚度、各层相对厚度和桥足圆角半径等对微动疲劳损伤位置和寿命的影响,并为纤维金属层板抗微动疲劳设计提出了一些合理化建议。结果表明:增加铝层厚度可以延长微动疲劳寿命,但增加纤维层厚度和桥足圆角半径不会改善微动疲劳特性。提出的方法可为分析纤维金属层板铆接和螺栓连接中的微动疲劳问题提供理论依据。      

主梁式TBM关键结构参数对其动力学特性的影响规律

全断面岩石隧道掘进机(TBM)在掘进过程中,承受不断变化的大推力、大扭矩、倾覆力矩等随机载荷,引起主机较大的振动。为了减少主机系统各部件的疲劳失效,提高掘进效率,基于动力学仿真软件建立了主梁式TBM主机系统动力学模型,研究主机系统的动力学特性及主梁结构参数对其动力学特性的影响规律。研究结果表明:主梁1长度增加会导致主梁1振动变大,主梁2和鞍架的振动减小。主梁1板厚增加会导致主梁1振动减小,主梁2的振动缓慢增大,鞍架的振动先增加后减小,在上、下腹板厚度50 mm,侧板厚度40 mm,前、后法兰厚度105 mm时,振动达到最大值;刀盘掘进方向的加速度有效值为1.1 g,主梁加速度有效值为0.21 g,随着向后传递振动逐渐减弱,振动频率主要集中在0~50 Hz;依据仿真结果确定了主梁的相关参数,该TBM在某引水工程中经过2年的应用,工程已顺利贯通;现场测试结果表明,三向振动测试数据与仿真结果的误差基本低于20%。     

超声冲击处理钛合金焊接接头的性能研究

采用超声冲击工艺,处理了钛合金两种型式的焊接接头。试验结果表明:超声冲击处理可显著降低接头焊接残余应力,并可提高接头的疲劳强度和疲劳寿命。其中对于Ti80合金的对接接头和十字接头,疲劳极限分别提高22.7%和64.5%,疲劳寿命分别提高5.4倍和13.5倍;对于TA2和Ti75合金的对接接头,焊接残余应力分别降低68%和65%。     

汽车排气系统振动和吊耳疲劳性能的稳健优化

由于加工、测量、安装、老化等原因,排气系统吊耳和波纹管的真实刚度通常在其名义设计值附近波动,使得排气系统真实的静、动态性能与其名义设计值之间存在偏差。为提升汽车排气系统振动及橡胶吊耳疲劳耐久性能的稳健性,以吊耳和波纹管动刚度为正态随机设计变量,以吊耳隔振量不小于20 dB为约束条件,以挂钩垂向动态反力最大值及其标准差、吊耳的静变形量及预载力标准差为目标函数,建立了某乘用车排气系统振动和吊耳疲劳性能的多目标稳健优化模型。结果表明,与确定性优化方案相比,排气系统静、动态性能对稳健优化方案的灵敏度降低,实施稳健优化方案将使得排气系统的振动和吊耳疲劳性能更加稳健。稳健优化方法对改善排气系统振动和吊耳疲劳耐久性的稳健优化有较重要参考价值。     

约束阻尼对二维声学黑洞薄板减振特性的影响

声学黑洞（Acoustic Black Holes,ABH）以结构厚度的幂律变化实现弹性波的汇聚,结合阻尼层能较好地抑制结构振动。为进一步实现结构的低频振动控制,将声学黑洞与约束阻尼复合,建立附加约束阻尼的二维声学黑洞薄板模型,采用数值方法计算加速度响应与结构损耗因子,研究二维声学黑洞板附加约束阻尼后的减振特性,并通过二维声学黑洞薄板振动试验开展验证,最后探究约束层材料、厚度及约束阻尼半径对声学黑洞板低频减振性能的影响规律。结果表明：相比于附加自由阻尼,约束阻尼使声学黑洞薄板在第一阶共振峰处的加速度导纳降低12.61 dB;当约束层厚度为截断厚度的2倍左右时,薄板整体可以达到较佳的减振效果。研究可为声学黑洞薄板结构的低频减振应用提供重要参考。     

汽车薄板拉-压高周疲劳试样的形状和尺寸选取

针对两种不同强度级别、不同厚度的汽车薄板材料,设计出不同试验段宽度、不同平行长度、不同圆弧半径的疲劳试样,在不使用防屈曲装置的情况下,进行不同应力水平、应力比R=-1的高周疲劳试验,并通过相同应力循环形式下不同尺寸试样的疲劳寿命循环次数,来确定汽车薄板材料疲劳试样的形状和尺寸。结果表明:对于厚度0.8～3 mm的汽车薄板,等截面疲劳试样比圆弧形疲劳试样更适合进行汽车薄板拉-压高周疲劳试验,推荐的等截面疲劳试样尺寸(a为试样厚度)为试验段宽度b=(1～3)a,试样平行长度L_c=(1～3)b,圆弧半径r=(3～10)a。     

一种多轴向随机激励下结构疲劳寿命分析方法

提出了一种多轴向随机激励下结构疲劳寿命估计的频域分析方法。首先,对结构进行频响分析,得到在基础加速度激励下的应力频响函数矩阵,通过随机振动分析,得到结构应力的功率谱密度矩阵;其次,采用等效的Von Mises应力功率谱密度将多轴应力问题转化为单轴应力问题;最后,利用单轴应力疲劳寿命估计的频域分析方法对结构疲劳寿命进行估计。对一典型构件在多轴向随机激励下的疲劳寿命进行了计算,并与实验结果进行了对比。另外,对构件在多轴向同时激励与单轴分别激励的疲劳损伤结果进行了对比分析,表明多轴向同时振动具有明显的多轴效应,因此进行多轴向振动疲劳研究十分必要。     

汽车排气系统吊耳动刚度优化方法的研究

基于汽车排气系统吊耳传递的动态载荷最小、吊耳耐疲劳性最好,建立了考虑动力总成在内的排气系统振动分析模型。进行了排气系统的自由模态和约束模态的测试,并和计算值进行了对比分析,证明了所建立的排气系统振动模型的正确性。以吊耳的垂向动态载荷最小和其静变形量在一定范围内为优化目标,建立了排气系统吊耳动刚度优化模型。优化后,在怠速工况和2档全负荷加速工况下对车身底板驾驶员位置进行了振动响应测试,测试结果表明,利用优化后的吊耳刚度,能够有效降低车身底板的振动加速度,表明了阐述的排气系统建模和吊耳动刚度优化方法的有效性。文中建模与优化方法,对排气系统的吊耳动刚度计算与优化具有指导意义。     

铝合金板厚度对硼/环氧补片单面修复试件疲劳性能的影响

采用单向硼/环氧复合材料补片真空袋压工艺单面修复含中心裂纹不同厚度铝合金板,测试了修复试件的疲劳性能,从疲劳寿命、疲劳裂纹扩展速率和裂纹扩展纹线考察不同厚度铝合金板修复后疲劳性能的差异。结果表明：硼/环氧补片胶接修复后,铝合金板的疲劳寿命大幅度提高,且疲劳寿命提高幅度随铝合金板厚度增大而降低。厚度为1.76mm、5.20mm和10.20mm 3种铝合金板修复试件的疲劳寿命分别是未修复试件的22.30倍、12.84倍和8.40倍。厚度为1.76mm铝合金板修复试件在铝合金板完全断裂后还能继续承担疲劳载荷,而厚度为5.20mm和10.20mm 2种铝合金板修复试件在铝合金板断裂后完全破坏。裂纹扩展速率和归一化裂纹长度差均随铝合金板厚度增大而增大。     

不同频率激励下LY12铝合金悬臂梁的疲劳特性

为了研究激励频率对悬臂梁结构疲劳特性的影响,本文针对LY12铝合金悬臂梁在不同频率(139Hz、141Hz、143Hz)激励下进行了同一应力水平的振动疲劳试验。结果表明:该结构的疲劳特性在不同频率激励下存在差异。在激励频率高于固有频率振动时,结构疲劳寿命最长;激励频率低于固有频率振动时,结构疲劳寿命较短;在固有频率振动时,结构疲劳寿命最短。     

中国标准动车组齿轮箱箱体动态特性分析研究

通过线路试验获取了中国标准动车组齿轮箱箱体振动加速度时间历程。结合车载GPS信号,分析了列车运行速度、轨道结构条件、通过道岔等典型工况下齿轮箱箱体的振动响应及变化规律。采用核密度估计函数分析箱体振动加速度的分布特点,并依据3σ准则给出了不同出现概率下箱体振动加速度的最大幅值。研究结果表明:随着列车运行速度的增大,箱体振动强度呈现增大趋势;列车由有砟轨道进入无砟轨道时,齿轮箱箱体横向、垂向振动加速度有效值分别增大了28%,29%;列车通过道岔时,齿轮箱箱体振动加速度幅值及有效值均有较大的波动。采用核密度估计的加速度概率分布与实测数据更为吻合,350km/h列车运行速度下,出现概率为99.73%时箱体横向、垂向振动加速度幅值分别为10.69g,8.78g。该研究获得的齿轮箱箱体动态特性为高速列车齿轮箱箱体的开发和运用提供参考。     

基岩软化条件下仰拱结构疲劳寿命的预测分析

由于隧道施工期间扰动及重载列车荷载的长期循环作用,造成底部基岩出现一定范围的软化和围岩力学参数降低,引起拱底围压的不均匀分布,并影响基底结构的疲劳寿命。通过引入重载列车振动荷载函数和Miner线性累积损伤理论,建立了考虑基底软化仰拱结构疲劳寿命的预测方法,研究列车振动荷载作用下基底软化因素对铁路隧道底部结构疲劳寿命的影响。计算结果表明:在基岩不同软化条件下,隧道底部结构动应力响应分布规律相似,隧道底部结构各部位动拉应力和动压应力增幅较大,仰拱结构疲劳寿命明显减小。隧道底部结构仰拱中心处出现拉应力最大值,仰拱与边墙连接处出现压应力最大值。在仰拱结构的应力计算结果的基础上,结合混凝土疲劳寿命原理,论述了基底软化条件下隧道底部结构疲劳寿命预测值。     

高温环境下汽油机排气歧管振动特性及疲劳寿命研究

为研究热载荷与机械载荷的耦合作用对排气歧管疲劳寿命的影响,对一款汽油机排气歧管进行热机耦合下的振动疲劳寿命分析。通过双向流固耦合的方法得到排气歧管的温度场,进而根据热应力及温度分布建立排气歧管的热机耦合模型,进行热载荷下的频率响应分析。通过计算对比发现,应力刚化效果及温度升高引起的材料力学性能退化使得排气歧管的刚度发生变化,导致频率响应分析得到的应力传递函数发生相应的改变,响应应力幅值及峰值频率均发生了不同程度的变化。振动疲劳寿命预测结果表明,考虑热机耦合的疲劳寿命较不考虑热机耦合的振动疲劳寿命降低了32.7%,热机耦合作用对疲劳寿命影响显著,不可忽视。     

高速列车制动盘SiCp／A356颗粒增强铝基复合材料的热疲劳性能研究

通过SiCp／A356颗粒增强复合材料切口试样在20℃-300℃循环下的热疲劳试验,获得热疲劳裂纹形成寿命与试样切口半径及厚度等几何尺寸的关系。采用热弹塑性有限元法模拟热疲劳试验中试样切口根部的应力．应变响应,进而揭示出残余应力形成机制。结合热疲劳试验的裂纹形成寿命与有限元模拟的应力．应变响应,建立起考虑平均应力影响的...     

加载频率对悬臂梁振动疲劳特性的影响

研究了加载频率对悬臂梁振动疲劳特性的影响。首先,给三组相同的悬臂梁结构分别施加三种不同频率（悬臂梁的固有频率,略大于固有频率和略小于固有频率）的正弦激励,使其具有相同的初始应力,试验测得应力随循环次数的变化规律;其次,在试验测得应力历程的基础上,计算悬臂梁的疲劳损伤量,研究在相同初始应力下不同加载频率对同一悬臂梁振动疲劳特性的影响;最后,将预估结果与试验测得的固有频率下降量作了对比。结果表明：加载频率对振动疲劳寿命有较大的影响,文中给出的预估结果与试验结果比较吻合     

基于非线性振动特性的预应力混凝土梁损伤识别

对2根后张有粘结预应力混凝土简支梁分别进行单调加载和二级等幅值疲劳加载试验, 在各级加载后对试验梁进行动测得到自由振动加速度信号, 对加速度信号进行盲源分离并进行Hilbert变换, 得到各损伤状态下梁的频率-振幅曲线簇, 分析其非线性振动特性随损伤状态的变化规律。结合裂缝开展情况和钢绞线的应力变化, 探讨梁的非线性振动特性的变化与其损伤之间的关系。结果表明非线性振动特性适合于预应力混凝土梁的损伤 检测。     

机载外挂真空容器的吊环设计及拓扑优化

随着航空航天技术的飞速发展,机载外挂真空容器的情况时有发生。吊环常用于固定机载外挂装置,往往需要承受极高的加速度载荷,因此对吊环的结构设计与应力、形变分析显得尤为重要。本文进行了机载外挂真空容器的吊环结构设计,利用ANSYS Workbench对吊环结构进行静力学分析,并在此基础上对吊环结构进行拓扑优化,分析了圆环厚度与吊耳厚度对吊环应力及形变的影响,得到最佳设计参数,实现了吊环的轻量化设计,为机载吊环的设计提供一定参考。     

疲劳振动对瓦楞纸板承载能力与缓冲性能的影响

对瓦楞纸板进行疲劳振动试验,测定分析振动次数、加速度对瓦楞纸板承载能力、缓冲性能的影响,并与未经振动材料进行比较.结果表明,随着振动次数、振动加速度的增加,瓦楞纸板剩余屈服应力减小,缓冲系数增大,其中在小应力阶段缓冲系数变化不大,在大应力阶段,缓冲系数显著增大.进行频率20Hz、加速度为2.0g、80000次振动试验后,瓦楞纸板承载能力下降了38.88%,静态应力0.012MPa下的缓冲系数增大了46.37%.缓冲包装设计时,应考虑疲劳效应对瓦楞纸板衬垫缓冲性能的影响,以确保实现预期缓冲包装的要求.     

疲劳振动效应对瓦楞纸板承载能力与缓冲性能的影响

瓦楞纸板作为产品运输包装的承载与缓冲基础材料,其使用过程中的性能保持性至关重要。运输振动将引起纸板疲劳破损,导致其相应性能的变化。对单瓦楞纸板进行加速度为0.5－2.0g、振动频率为20Hz的疲劳振动试验;进行瓦楞纸板的准静态压缩、跌落冲击试验,测定其承载能力与冲击加速度。结果表明,随着振动次数、振动强度的增加,纸板的承载能力、剩余屈服应力显著降低,缓冲性能下降。在此基础上,基于瓦楞纸板冲击试验数据,分析不同振动次数对瓦楞纸板的冲击最大加速度和缓冲系数的影响,获得了瓦楞纸板冲击最大加速度—静应力—振动次数、缓冲系数—最大应力—振动次数三维关系。研究表明瓦楞纸板存在疲劳破坏效应,研究结果为瓦楞纸板的疲劳缓冲包装设计提供技术依据     

高速铁路减振CRTS-Ⅲ型无砟轨道桥梁振动噪声研究

以减振CRTS-Ⅲ型轨道系统为研究对象,基于车辆、轨道、桥梁系统二维模型,利用动柔度法分别计算车辆和轨道系统的动柔度,建立频率域的车辆-轨道耦合模型,计算桥梁振动加速度并与常规CRTS-Ⅲ型轨道系统相比较。采用有限元法计算桥梁结构近场点和远场点噪声,探讨桥梁各子结构板对近场点和远场点噪声的声贡献率。计算结果表明:与常规CRTS-Ⅲ型轨道系统相比,铺设减振CRTS-Ⅲ型轨道系统的桥梁的振动峰值加速度减小69.9%,加速度平均值降低60.4%;近场和远场噪声计算点声压级分别降低8.4 dB、8.5 dB;桥梁顶板声贡献率分别达65.28%、68.30%。采用减振CRTS-Ⅲ型轨道系统能够有效降低桥梁结构噪声。声贡献率计算表明顶板振动是导致桥梁产生噪声的主要噪声源。