一种随机多轴疲劳的寿命预测方法

叙述一种多轴随机载荷的疲劳寿命预测方法，该方法首先由多轴随机载荷的权值平均最大剪应变平面确定临界平面，然后以临界平面上剪应变和正应变历史为研究对象，进行多轴载荷压缩处理和多轴循环计数，得到剪应变和正应变的循环计数结果，最后给出多轴疲劳寿命估算模型，并用多轴程序载荷实验验证。     

一种新的随机多轴疲劳寿命预测方法

提出一种多轴随机载荷下的疲劳寿命预测方法。该法首先基于von Mises等效应变和等效应力概念、符号修正公式以及传统的单轴雨流计数法,提出一种多轴随机载荷下的循环计数方法。此法主要针对多轴随机载荷下vonMises等效应变和等效应力历程中的符号丢失问题,建议采用一种符号公式来加以修正,以便于结合单轴雨流计数法对修正后的von Mises等效应变历程进行较为精准地循环计数,从而不仅有利后续疲劳损伤的正确估算,还可使单轴循环计数法能有效地应用于多轴载荷—时间历程。然后分析von Mises等效应变循环内的应变状态,并定义该循环内的临界平面和构造损伤参量的基本参数。最后,将提出的计数方法结合几种常见的临界面多轴疲劳损伤模型以及线性损伤定律,对随机拉—扭加载下的En15R钢薄壁管疲劳试件进行寿命预测验证,预测结果与试验结果吻合较好。     

多轴随机载荷下断裂平面的确定方法

在分析材料平面切应变特性的基础上,提出权值平均最大切应变平面的概念,给出多轴随机载荷下断裂平面的确定方法。该方法中,以材料损伤为权值函数,平均最大切应变峰值点对应的平面方向。通过多轴比例、非比例加载试验验证权值平均最大切应变平面与疲劳裂纹萌生平面的相关性。     

材料多轴疲劳破坏准则回顾

对多轴疲劳载荷作用下材料的疲劳破坏准则作了系统的回顾，按照用于描述材料疲劳破坏的参量，将多轴疲劳破坏准则划分为三类，应力准则、应变准则、能量准则。分别对这三种准则按多轴比例加载及多轴非比例加载两种情况进行阐述，并进行简单的评述。     

多轴疲劳研究

介绍多轴疲劳研究的几个主要问题。（１）非比较加载引起的附加循环化。（２）最大剪切平面与自由表面相对取向对疲劳寿命的影响。（３）零部件承受多轴疲劳载荷时寿命的估算。本文就目前所采用的单参数双参数疲劳寿命估算准则进行了评述。     

基于多轴准则的货车车体疲劳寿命分析方法

基于变幅应力循环的损伤等效恒幅应力计算方法和形状改变能密度理论,提出承受变幅循环,处于多轴应力状态下的结构的疲劳寿命分析方法。根据几何特征建立焊缝坐标系,计算节点在该坐标系下的应力分量,根据线路实测载荷谱获得节点应力谱;根据应力谱计算节点损伤等效恒幅应力,结合接头抗疲劳设计等级,计算节点材料利用度分量和综合材料利用度,评估结构在指定寿命下的疲劳强度。对敞车车体典型焊缝的疲劳强度进行评估,结果表明所研究焊缝的疲劳强度主要受正应力分量的影响,切应力对结构疲劳强度的影响较小。对比研究不同分析方法下的节点材料利用度特征,结果表明,当考察点具有显著的多轴应力特征时,依据AAR标准提供的方法和依据多轴应力法获得的结构疲劳强度评估结果间存在较大差异;依据多轴应力法进行评估时,所关注节点的材料利用度较采用AAR方法评估的结果小18.5%。采用多轴应力法评估疲劳强度有利于车体结构轻量化设计。     

多轴载荷下基于权平均最大剪切应力临界面的疲劳寿命预测方法

提出一种基于权平均最大剪切应力临界面的疲劳寿命预测方法.首先,基于改进的Wang-Brown多轴计数法,提出了一种多轴载荷下临界面的确定方法,该方法通过权平均所有计数反复中具有较大法向拉伸应力的最大剪切应力平面的位相角来确定整个载荷历程的临界面,提出的权函数定义为各个计数反复中的剪切应力范围与所有反复中最大剪切应力范围...     

多轴载荷下的无限寿命疲劳设计方法与设计数据

本文论述了多轴载荷下的无限寿命疲劳设计方法。提供了对称循环和非对称循环下的弯扭复合疲劳设计公式和三轴应力疲劳设计公式。并出了弯扭复合应力下的试验数据和疲劳设计数据。     

一种基于临界平面的多轴载荷循环计数方法

使用临界平面法计算多轴随机载荷作用下的结构寿命时,对平行于临界平面且相互垂直的剪应变历程应当选择合适的循环计数方法。针对该问题,对基于Wang-Brown方法的MWB方法进行了讨论和优化,并提出了一种基于临界面的多轴载荷循环计数方法,以材料变形的记忆性为物理基础划分计数区间,剪应变为主计数参量,正应变为辅助计数参量,逐步将计数区间分解为子计数区间和独立计数区间直至提取出所有载荷循环。对新方法、Wang-Brown方法和MWB方法的计数结果进行对比后认为新方法能够准确的提取多轴载荷历程中的损伤事件,然后将新方法应用于推耙机工作装置疲劳寿命预测中,获得的预测寿命与实际寿命相符。     

核电汽轮机转子在低周疲劳与高周疲劳交互作用下裂纹扩展寿命的研究

提出核电汽轮机转子在低周疲劳与高周疲劳交互作用下裂纹扩展寿命的计算与评定方法。介绍核电汽轮机转子的低周疲劳与高周疲劳的应力幅与应力范围、低周疲劳裂纹扩展寿命与高周疲劳扩展寿命的计算方法。给出了核电汽轮机转子在低周疲劳与高周疲劳交互作用下裂纹扩展日历寿命的计算与评定方法,以及1 000 MW级核电汽轮机焊接低压转子疲劳裂纹扩展日历寿命的计算与改进的应用实例。结果表明,高周疲劳对汽轮机转子疲劳裂纹扩展日历寿命有比较大的影响,新研制核电汽轮机的转子结构设计和在役核电汽轮机的转子安全性评定,需要评估转子在低周疲劳与高周疲劳交互作用下裂纹扩展 寿命。     

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。     

随机载荷循环作用下的机械结构疲劳寿命预测模型

基于名义应力法建立了随机载荷循环作用下的结构疲劳寿命预测模型。分析了结构所受循环载荷作用的不确定性特征,在以循环载荷作用次数为寿命度量指标框架下,运用概率加权法和线性Miner累积损伤法则,分别建立了疲劳寿命与应力之间关系分别服从指数函数和幂函数两种形式时,随机载荷循环作用下的结构疲劳寿命预测模型,并运用所建立的模型对某转动轴的疲劳寿命进行了预测研究。     

高温低周疲劳寿命评价准则的探讨

通过对4种不同缺口形式的2.5Cr1Mo钢材料圆柱形试件的高温低周疲劳行为的研究，用当量应变范围准则，当量塑性应变能准则和当量总应变能准则评价多维应力状态下的高温低周疲劳寿命。可见：用当量准则评价高温评价高温低周疲劳寿命是有实验和理论依据的，但仍需做进一步分析探讨。     

多维应力400℃低周疲劳寿命评价准则的探讨

通过对四种不同缺口形式的2．25CrlMo钢圆柱形试样400℃低周疲劳行为的研究，用当量应变范围准则评价了多维应力状态下的高温低周疲劳寿命。研究结果表明，用当量准则评价高温低周疼劳寿命可以替代部分试验，但仍需做进一步的分析探讨。     

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。     

钛合金高周疲劳特性的影响因素分析

高周疲劳（HCF）亦称高循环疲劳,它是航空燃气涡轮发动机的主要失效方式之一。高周疲劳失效几乎涉及航空发动机每一个钛合金零件,如压气机叶片、压气机内环和机匣等,会导致发动机重要部件的过早失效,甚至整个发动机和飞机的损失。但仅研究高周疲劳并不能解决实质问题,必须研究各种损伤对钛合金材料高周疲劳特性的影响。损伤通常包含低周疲劳、外物损伤、在缺口或应力集中处形成裂纹和接触疲劳等,这些损伤都可能降低高周疲劳性能。本文主要介绍和总结了国内外有关低周疲劳和外物损伤对钛合金高周疲劳特性影响的研究现状。     

平均应力对50钢超高周疲劳性能的影响

为了进一步拓宽超声疲劳试验的研究范围,对50钢进行了含有平均应力的三点弯曲和非对称拉压疲劳性能试验,得到相应的疲劳,S-N曲线,研究了平均应力对其超高周疲劳性能的影响。结果表明：超声频率加载下平均应力对50钢疲劳性能有显著影响,在应力幅相同的情况下,随着平均应力的增大,疲劳寿命降低;常规疲劳用于描述平均应力影响的Morrow关系仍能描述超声频率加载下高周疲劳（〈10^7周次）范围内拉伸平均应力对50钢疲劳性能的影响,但是不能用来描述超高周范围内拉伸平均应力和弯曲平均应力对疲劳性能的影响;常规疲劳用于描述平均应力影响的Goodman模型仍能很好地描述超声频率加载下一定寿命的应力幅值和平均应力的配合。     

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。     

GCr15钢超长寿命疲劳破坏的机理

通过对试样断口的观察、断裂力学分析以及FRASTA仿真的方法,研究了GCr15钢在旋转弯曲加载下超长寿命疲劳破坏的机理,阐述了其内部裂纹萌生和扩展的力学条件,建立了颗粒状白色区域(GBF)的形成机理模型.结果表明:GCr15钢的内部破坏是由材料内部的非金属夹杂物引起的,并且在夹杂物的周围伴有GBF的形成,整个内部裂纹具有典型的鱼眼形貌特征;内部起裂是超长寿命疲劳破坏的典型特征.GBF的应力强度因子幅值△KG瓯(4～6 MPa·m1/2)是控制内部裂纹扩展的临界参数,并且其形成过程占据了超长寿命疲劳过程的绝大部分.