非高斯随机应力载荷频域疲劳寿命估计方法

对于工程中大量存在的非高斯随机应力载荷的疲劳寿命估计问题,传统频域疲劳方法由于基于高斯性假设, 故仅能采用高斯分布近似或经验性修正来简化处理,缺乏理论基础且存在较大误差。基于随机应力载荷的频域疲劳基本理论,利用非高斯概率密度函数的Hermite多项式渐近展开,利用其三维联合高阶统计特征,推导得到了非高斯随机应力载荷下疲劳寿命估计公式,并针对高斯、亚高斯和超高斯随机应力载荷进行了验证。该方法普遍适用于窄带、宽带、高斯和非高斯应力载荷作用下的疲劳寿命估计问题,具有重要的理论意义和工程价值。     

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。     

局部应力应变法的推广应用

对多轴载荷下的局部应力应变法 ,以及局部应力应变法如何应用于高周疲劳的问题进行了研究。推导出了多轴载荷下的应变 -寿命曲线和高周疲劳的修正计算公式     

疲劳缺口系数Kf和随机疲劳寿命估算

基于局部应力-应变实验分析和随机疲劳试验，就国内外文献中关于确定疲劳缺口系数Kf的方法和近似计算公式进行了研究，并结合修正Neuber法则将其应用于随机载荷下缺口件的局部应力、应变计算与疲劳裂纹形成寿命估算。通过与实测结果的比较，分析讨论了各种近仿计算公式的精度及其疲劳寿命估算结果的影响。最后为工程疲劳寿命估算方法推荐了几种较符合实际的Kf近似计算公式。     

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。     

汽车车轮疲劳寿命预测方法的研究

根据疲劳寿命预测理论 ,建立 14× 5 .5J车轮受力危险点的疲劳寿命曲线。以车轮弯曲疲劳试验和有限元分析数据为基本参数 ,采用名义应力法和局部应力—应变法中的莫罗修正公式和史密斯修正公式 ,对 14× 5 .5J车轮分别在等幅载荷和载荷谱作用下进行疲劳寿命预测。运用可靠性理论 ,分别对等幅载荷和载荷谱作用下计算出来的疲劳寿命进行可靠度分析。结果表明 ,名义应力法和史密斯修正公式预测汽车车轮疲劳寿命具有较高的可靠性     

用当量S—N曲线估算疲劳裂纹形成寿命

介绍了一种利用相对Ｍｉｎｅｒ法则估算构件在变幅载荷谱下裂纹形成寿命的当量Ｓ－Ｎ曲线方法。与常规的名义应力法相比，此方法不用常幅试验下得到的Ｓ－Ｎ曲线，而是根据该构件在两种载荷谱下的疲劳试验寿命，推导出能反映在变幅载荷谱条件下构件疲劳特性的当量Ｓ－Ｎ曲线为依据寿命估算。运用此方法，本文对文献（１）所给六种载荷谱下的试片寿命进行了计算，并以试验寿命为依据对按常规Ｓ－Ｎ曲线法修正的Ｓ－Ｎ曲线法，局部应力     

估算承受随机载荷构件疲劳寿命的一种新方法

提出一个以材料的随机载荷“统计特征参量——疲劳寿命”曲线作为材料基本疲劳特性来估算构件在随机载荷作用下的疲劳寿命的方法。以试件在非等幅载荷作用下所产生应力的均方差σ(r·m·s)作为试件所受随机载荷的统计特征参量。首先由实验测得材料的σ(r·m·s)—N曲线,然后以此曲线代替常规的S—N曲线作为材料的基本疲劳特性,用以估算承受随机载荷构件的疲劳寿命。实验结果表明,该方法比通常以S—N曲线为材料的基本疲劳特性的估算方法更接近实际。     

基于损伤力学的某飞机构件冲击疲劳寿命预估

某飞机起落系统中某重要构件在飞机往复起落中承受循环冲击载荷作用,需对该构件的冲击疲劳强度进行分析。损伤力学方法对冲击疲劳问题来说是一种新的分析方法。首先分析构件在静载荷作用下的细节应力,判明疲劳危险点,接着分析得到危险点在冲击载荷作用下的应力响应。然后构建冲击型损伤演化方程,并识别其中的材质参数,提出将应力响应视为载荷谱的应力应变场—损伤场解耦处理方式,发展了损伤力学—有限元法,使其可用于预估构件冲击疲劳裂纹萌生寿命。而后应用该方法对构件在冲击疲劳载荷与非冲击疲劳载荷作用下的疲劳裂纹萌生寿命进行预估,得到寿命预估结果,进而比较得到冲击疲劳载荷作用下和非冲击疲劳载荷作用下构件寿命的当量关系,为该构件的等效疲劳试验提供重要参考依据。     

应变疲劳可靠性理论与方法的新进展

介绍概率应变疲劳试验法、评价模型和损伤随机演化机制方面的新进展。突破经典极大似然法在参考试验载荷之外的单试样限制，提出新的广义极大似然疲劳试验法。新发现随机循环应力—应变响应现象并建立其概率模型。新发展概率疲劳应变一寿命模型。概率模型参数由称为广义极大似然法的方法确定，在整体数据层面综合考虑数据分散性规律与样本量对概率评价的影响。考虑随机应力—应变关系反映“随机应变载荷”、随机应变—寿命关系揭示材料的“应变强度”，提出随机应变载荷—强度干涉恒幅可靠性模型，与Keciguliu的递推法结合可进行变幅和应变载荷谱下的可靠性分析，形成了应变疲劳可靠性理论和方法的新体系。进一步根据有效短裂纹准则，揭示疲劳性能随机及演化性的本质原因源于主导有效短裂纹萌生区域及其裂尖区域微观结构扩展条件的差异及演化性；随机疲劳裂纹扩展、应变—寿命和应力—应变关系是3个关联的随机疲劳关系；疲劳损伤是一个由初始混沌状态，到独立无关的随机状态，然后到史相关随机状态的演化过程。     

随机载荷下焊接结构疲劳寿命的一种有效计算方法

随机载荷下的疲劳寿命估算方法通常涉及两个方面,循环计数和损伤累积。本文研究了一种用于随机载荷下焊接构件疲劳寿命预测的有效计算方法。按照这种方法,只要求已知应力历程的功率谱密度和常规疲劳试验数据,就可以对承受随机载荷的焊接构件作出疲劳寿命计算。利用结构系统的复频响应函数,可以由已知的输入功率谱求出结构响应的谱密度。这就使得结构设计者即使在设计阶段不知道结构承受的应力历程,而只知道结构系统的输入,也同样可以对所设计的结构作出疲劳寿命预测。本文所述方法被用于某超重型矿用汽车车架的疲劳寿命计算,计算结果与实际情况基本吻合。     

随机超载下疲劳裂纹扩展的模拟计算

采用蒙特卡罗法对随机超载作用下的疲劳裂纹扩展进行模拟计算。载荷谱为在基本循环载荷基础上加入一以泊松流发生的随机超载序列．超载的大小为均匀分布。相邻两次超载发生的时间间隔通过一系列相互独立、服从指数分布的随机数进行模拟。采用Wheeler模型考虑超载的迟滞效应，计算出每一载荷循环的裂纹扩展量。由此模拟出裂纹从初始长度一直到疲劳破坏的扩展曲线。通过大量样本的模拟计算，获得随机超载作用下疲劳裂纹扩展寿命的平均值与标准差。最后研究超载发生强度和大小对疲劳裂纹扩展寿命的影响。     

预测腐蚀疲劳寿命的概率方法

在建立航空发动机铝合金构件点状腐蚀和腐蚀疲劳裂纹扩展模型的基础上，将铝合金叶片的机械腐蚀特性和由环境诱导的电化学行为看作是随机量或随机过程，提出腐蚀疲劳寿命预测的概率方法，利用重要随机变量的累积分布函数，估算寿命累积分布函数，预测腐蚀疲劳寿命。     

随机振动环境下结构的疲劳失效分析

讨论了随机振动响应的统计特性分析、结构响应的动应力与常规疲劳载荷的关 系,如何将结构响应动应力等价为常规的静力疲劳载荷,利用Ｓ－Ｎ曲线和名义应 力法对结构寿命的估算方法等。完成了用功率谱密度表示的随机振动载荷作用下悬 臂板结构的响应分析以及疲劳寿命估计。     

受疲劳损伤材料的持久极限的变化

基于材料的S－N曲线，对材料在交变应力作用下受损、承载能力下降的过程进行讨论，给出计算受损材料持久极限的公式。公式型简洁，可以方便地作出受损材料的S－N曲线，并进行疲劳强度计算。公式很好地揭示了应力水平略低于材料持久极限的应力循环对材料寿命的影响。     

考虑疲劳本构随机性的结构应力疲劳可靠性分析方法

提出考虑疲劳本构关系随机性的结构应力疲劳可靠性分析方法。视循环本构模型的材料常数为相关随机变量,考虑存活概率和置信度2个概率测度,与疲劳试验有机结合,应用极大似然原理建立随机疲劳本构的概率模型。随机疲劳强度即概率S－N关系也用2个概率测度下表征,并考虑从中短到长寿命阶段的可能工程实践范围。基于载荷史服从疲劳本构关系产生随机应力载荷、给定寿命时概率S－N关系揭示结构强度分布的观点,建立随机应力载荷—强度干涉可靠性分析模型,可实现任意概率水平的可靠性寿命预测和可靠度评定。中国铁路货车RD2型车轴的可靠性寿命预测和可靠性评定,说明了方法的有效性。     

铆钉搭接头疲劳强度曲线的研究

研究铆钉搭接头的疲劳寿命。通过在Saginamiya动态伺服液压疲劳机上用频率为5．0Hz的正弦波应力比R=0．05的拉一拉载荷，对不同环境条件和形状的铆钉搭接头试样进行测试，得到铆钉搭接头在空气和3．5％NaCl溶液中的疲劳强度曲线，并推导出描述铆钉搭接头疲劳寿命的数学表达式。     

基于线性疲劳累计损伤橡胶悬置疲劳寿命预测研究

橡胶元件疲劳寿命的有效预测是其设计开发过程中的重要环节。引入橡胶元件线性疲劳累计损伤原理,提出张量形式橡胶疲劳寿命公式,且根据橡胶材料的实际承载工况提出其失效标准。依据橡胶材料的承载变形可简化为单轴拉伸及简单切应变,设计用于承载拉伸载荷的哑铃型橡胶试柱和承载剪切载荷的环形橡胶试柱,并实测疲劳寿命数据,以最小二乘法原理拟合拉伸与剪切的疲劳寿命函数公式。以车用变速箱悬置与发动机后悬置为疲劳寿命预测研究对象,通过分析其承载位移载荷时的应变张量,利用张量形式的疲劳寿命预测公式预测两种悬置在两种典型工况下的疲劳寿命。结果发现,橡胶材料的拉伸疲劳寿命曲线与简单剪切疲劳寿命曲线的变化趋势一致、形状类似、拟合函数幂指数十分接近;张量形式的疲劳寿命预测公式可有效地预测橡胶悬置的疲劳寿命。     

回转窑液压挡轮的应力强度与疲劳断裂分析

运用有限元技术对一台大型沥青焦回转窑设备中发生断裂事故的液压挡轮部件进行强度失效分析及疲劳寿命估算.通过断口形貌分析和金相实验,得出失效机理为疲劳断裂的定性结论.利用Ansys软件建立挡轮的有限元模型,计算出应力和变形等一系列结果.在确定交变应力幅值及裂纹尖端应力强度因子的基础上,利用Paris公式预算含缺陷挡轮的疲劳寿命.在选材及造型设计上对挡轮提出改进方案,将韧性较差的铸钢材料替换为韧性较好的锻钢材料,并优化挡轮轮辐减重孔直径,提高挡轮的疲劳寿命,从而在强度及韧性上均达到最优.设计长期交变应力状态下的工件必须兼顾材料的强度、韧性及其造型优化,这一结论对各类动态承载机械零部件的设计均具有参考价值.