多部位损伤结构概率疲劳寿命预测方法与模型

结构疲劳失效是一种具有高度不确定性的现象,多部位损伤结构疲劳失效更是如此。含有多个薄弱环节(通常是可能发生损伤的高应力部位)的结构相当于多个只含有单一损伤部位的单元串联构成的系统。应用精确的系统可靠性建模方法,用各损伤部位疲劳寿命的次序统计量和极值统计量表示结构寿命分布,建立了多部位损伤结构的概率寿命预测模型。这样建立的模型自然地反映了不同损伤部位之间的失效相关性。试验结果及算例均显示,多部位损伤结构的疲劳寿命明显低于按其中一个损伤部位(即便是最薄弱部位)计算的寿命。     

疲劳多裂纹问题的Tayor级数解法

疲劳多裂纹问题是老龄结构可靠性分析中受到广泛关注的问题,在可靠性分析中需要反复求解多裂纹扩展方程,对计算方法的精度和效率提出了很高的要求。Taylor级数法是代数,微分方程的一种新的数值解法,其在线性问题中的理论和应用已经比较完善和成熟,本文将Taylor解法进一步用于非线性的疲劳多裂纹扩展方程的求解,对非线性项可以表达为多元多项式的问题,完善了Taylor级数方法的理论,通过计算实例验证了方法的精度和求解效率。     

广布疲劳损伤裂纹萌生问题研究

围绕广布疲劳损伤裂纹萌生问题研究了广布疲劳损伤裂纹萌生寿命与广布疲劳损伤出现时间的关系,以及MSD对裂纹萌生寿命的影响。给出了根据疲劳开裂情况确定的裂纹萌生寿命和损伤累积的修正计算方法,解决了MSD结构中细节疲劳裂纹萌生寿命计算问题同时计及了MSD对裂纹萌生的促进加速效果。     

高温构件蠕变损伤与裂纹扩展预测研究新进展

精准的寿命预测是高温构件设计制造与运行维护的关键,但多轴应力和裂纹等缺陷的存在使得寿命预测的难度大大增加。综述了笔者近年来在高温蠕变损伤模型和蠕变裂纹扩展仿真方面的研究工作,主要包括:讨论了应力水平和应力状态对蠕变断裂应变的影响规律;基于幂律蠕变控制孔洞长大理论,提出了新的多轴蠕变延性模型;采用基于应变的损伤力学模型,预测了多种含缺陷结构中蠕变裂纹的扩展行为,并分析了蠕变条件下多个表面裂纹干涉、扩展及合并的全过程;发展了基于晶界孔洞化损伤机制的裂纹扩展分析方法,实现了蠕变疲劳裂纹扩展仿真和蠕变疲劳氧化裂纹扩展仿真。这些工作为建立考虑多轴应力影响的含缺陷高温构件寿命预测方法提供了有力支持。     

大型结构部件多损伤点疲劳试验载荷等效方法研究

大型结构部件通常包含多个可能发生疲劳失效的高应力点,是典型的多点损伤结构。由于材料及结构性能具有分散性,大型结构件相当于一个串联系统,其疲劳寿命(随机变量)是由各高应力部位的寿命(随机变量)共同决定的。由于试验设施限制及加速试验的要求,试验状态下的结构部件往往无法做到与真实服役部件的加载方式及全局应力分布完全一致。在设计大型结构件疲劳试验方案时,需要全面考虑应力较高的多个部位,以保证疲劳试验结果能够客观、真实地再现服役状态下的疲劳寿命。研究基于\"大型结构部件寿命概率分布-高应力点数量及寿命概率分布关系\"的大型结构部件疲劳试验载荷等效变换方法,研究平均应力修正方法在疲劳试验方案设计中的应用及相关问题,阐释了将大型结构件服役中承受的对称循环载荷转换为试验时易于加载的脉动循环载荷的寿命等效原理、方法及具体计算公式。这些结果表明:通过这样的载荷转换,可以实现寿命概率分布基本等效的同时,显著提高电液伺服系统的试验加载频率(从2 Hz提高到4 Hz),缩短试验时间。     

高温多轴疲劳损伤与寿命预测研究进展

介绍国内外疲劳一蠕变交互作用研究的一些进展,其中包括微观裂纹萌生及扩展机理的研究、高温多轴疲劳一蠕变实验的发展。对四种具有代表性的疲劳一蠕变损伤累积模型及寿命预测方法,即线性损伤累积模型、损伤率法、延性耗竭法和过应力法进行较为详尽的描述,并对这几种方法在多轴领域的改进和推广进行重点介绍。     

疲劳短裂纹理论及寿命预测方法新进展

回顾短裂纹萌生和扩展机理、寿命预测以及短裂纹行为模拟方面的最新进展,侧重介绍疲劳短裂纹行为的统计模拟方法,马尔可夫链模型、威布尔分布函数、群体疲劳短裂纹的蒙特卡罗模拟和分形方法,以及应用蒙特卡罗方法及分形方法对低碳钢高温低周疲劳短裂纹行为所进行的模拟。对于基于BP(back propagation)神经网络的统计方法在疲劳短裂纹方面的应用也给予一定的介绍。     

基于损伤容限设计的疲劳裂纹扩展寿命估算

从损伤容限设计概念出发,以断裂力学理论为基础,在承认零构件内具有初始缺陷的基础上,应用著名的Par-is裂纹扩展速率公式,以对1020冷轧薄钢板在承受单轴恒幅循环载荷下的寿命次数的估算为例,介绍了一种简单实用的疲劳寿命估算方法,从而为技术人员在进行含裂纹件的疲劳裂纹扩展寿命计算中提供一定的理论依据。     

有机玻璃结构疲劳寿命预测的损伤力学方法

采用连续损伤力学模型对YB-3有机玻璃在常温下的疲劳寿命进行预测.计算结果与试验结果对照表明,该方法能够较好地预测有机玻璃结构的疲劳寿命.     

典型构件疲劳微裂纹全寿命预测方法研究

基于损伤力学理论建立金属疲劳裂纹损伤模型,结合有限元法预估疲劳微裂纹萌生及扩展全寿命。引入附加载荷法,实现了对刚度矩阵的连续计算,应用Matlab编程计算,通过对单个单元的损伤计算,得到了单元从无损到破坏过程中等效应力的变化,进而给出疲劳裂纹损伤模型,并对不同规格金属试件的疲劳寿命预估。将计算结果与试验结果进行对比,得到的相对误差在接受范围内,验证了该模型的准确性,对于研究金属试件微观损伤以及疲劳寿命预估具有重要的参考意义。     

钢板弹簧疲劳寿命概率分布分析

通过一组大样本钢板弹簧疲劳寿命数据的分析 ,得出正态分布、对数正态分布、指数分布、二参数 Weibull分布和三参数 Weibull分布的概率密度函数或分布函数 ,经 K—S检验和 χ2检验证实钢板弹簧疲劳寿命服从除指数分布外的四种分布 ,并以三参数 Weibull分布为最优。     

混铁水车车轴的疲劳寿命预测

对３２０ｔ混铁水车的轮对进行了接触有限元分析，研究了摩擦系数，相对过盈量等参数对装配应力的影响及承载时轴中三维应力有限元分布特征。通过试验研究，得到了车轴在载荷作用下的累积损伤规律。用本文研制的一套Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ方法软件系统，对车轴疲劳寿命进行了计算机模拟。     

一种可用于复合材料寿命预测的非线性疲劳损伤累积模型

结合试验数据,提出了一种含有3个待定参数的非线性疲劳损伤累积模型,该模型能够描述复合材料结构疲劳损伤扩展3个阶段,即可以模拟初始循环载荷的损伤快速增长阶段、达到特征损伤状态时的缓慢增长阶段及断裂前损伤快速扩展的阶段。通过算例验证:本文模型与试验数据吻合性较好,可用于对复合材料结构疲劳寿命进行预测及损伤评估。     

拉-拉变幅载荷下45钢缺口件疲劳寿命分布的预测及其验证

根据预测模型。采用旋转弯曲得到的带存活率的疲劳寿命表达式和Miner法则,对给定多级拉-拉变幅载荷谱下的正火45钢缺口件变幅载荷下疲劳寿命下疲劳寿命和累积疲劳损伤临界值的分布进行预测,并通过拉-拉变幅载荷疲劳试验进行了验证,结果表明：45钢缺口件在多级拉-拉变幅载荷下的疲劳寿命和累积疲劳损伤临界值的预测值与试验值均近似服从对数正态分布,且两者符合很好。因此,此预测模型可应用于恒、变幅疲劳加载方式不同的疲劳试验结果预测。     

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。     

桥式起重机疲劳寿命预测

对某企业使用多年的桥式起重机进行了主梁疲劳寿命分析,这对于减少疲劳破坏事故的发生,以及指导起重机的设计、制造、检验、管理与故障分析都具有重要的意义.     

基于最弱环理论的缺口件概率疲劳寿命预测方法

基于最弱环理论和光滑试样疲劳寿命的Weibull分布,建立了一种缺口件概率疲劳寿命预测方法。该方法首先基于最弱环理论和光滑试样的疲劳强度分布,通过定义缺口件的Weibull有效应力,建立了缺口件在给定循环载荷下的疲劳失效概率计算公式。基于Weibull有效应力和光滑试样的疲劳应力-特征寿命方程,可计算得到给定循环载荷时缺口件的特征疲劳寿命,进一步根据光滑试样的Weibull疲劳寿命分布可最终获得缺口件在给定循环载荷下的疲劳寿命分布。采用上述方法对TC4缺口试样进行了概率疲劳寿命预测,并与局部应力应变法预测结果进行了对比。结果表明:局部应力应变法预测结果过于保守,本文方法预测精度较高,50%失效概率时的疲劳寿命预测结果与缺口试样试验均值寿命吻合很好,10%和90%失效概率时的疲劳寿命预测结果基本分布在试验均值寿命的两倍分散带之内。     

基于裂纹萌生期限的典型零件剩余寿命预测

将有限元分析方法与疲劳寿命预测相结合,以曲轴为对象,对循环载荷导致的疲劳断裂进行了研究。以实际裂纹检测精度定义的疲劳裂纹萌生极限尺寸为计算标准,通过ABAQUS有限元分析计算整体应力应变,采用子结构分析由名义载荷得出的局部最大名义应力载荷谱,结合Ohij疲劳寿命法则准确计算出裂纹萌生期限,实现了基于裂纹萌生的剩余寿命预测。     

恢复加热温度对疲劳损伤后累积寿命的影响

通过试验研究了恢复加热温度对45钢疲劳损伤后累积疲劳寿命的影响。结果表明：疲劳损伤后在不同的温度下加热时析出碳化物的尺寸、数量不同，亚结构不同，累积疲劳寿命也不同。600℃时析出的碳化物颗粒数量最多且弥散分布，累积疲劳寿命最高。