基于变幅应力作用下零件疲劳寿命估算研究

首先对零件的疲劳损伤累积理论作了简要说明,然后主要从疲劳损伤累积理论和能量法理论对零件进行了寿命估算分析,提出了在平面应力下,常用的疲劳寿命估算方法和以总应变能密度为考察对象揭示材料疲劳寿命的方法,接着应用疲劳损伤累积理论对起重机上的起吊钩的疲劳寿命进行了计算,得出了吊钩在有限寿命内其设计是可行的,能够满足要求。最后对如何获得零件的σ-N曲线来求疲劳寿命给出了多种实用方法,以快速对变幅应力作用下的零件疲劳寿命进行估算。     

变幅载荷下的有限寿命疲劳设计方法和设计数据

本文论述了变幅载荷下的有限寿命疲劳强度评价方法与寿命估算方法,给出了用Ｍｉｎｅｒ法则、修正Ｍｉｎｅｒ法则和Ｃｏｒｔｅｎ－Ｄｏｌａｎ理论进行疲劳强度评价和寿命估算的方法和计算公式。最后,还用４种零构件进行随机疲劳试验对三种累积损伤理论的疲劳强度评价和寿命估算精度和这生进行了验证和对比。     

常用累积损伤理论疲劳寿命估算精度的试验研究

用三种汽车、拖拉机典型零构件,通过模拟其股役载荷的随机疲劳试验,对Ｍｉｎｅｒ法则、修正Ｍｉｎｅｒ法则、Ｎａｎ－ｓｏｎ的双线性损伤理论和Ｃｏｒｔｅｎ－Ｄｏｌａｎ损伤理论的寿命估算精度进行了试验研究。研究结果表明,这４种常用累积损伤理论对这三种零构件的寿命估算都是可用的,而以Ｃｏｒｔｅｎ－Ｄｏｌａｎ损伤理论的寿命估算精度最高。因此,推荐使用Ｃｏｒｔｅｎ－Ｄｏｌａｎ损伤理论进行汽车、拖拉机零构件的寿命估     

随机载荷下疲劳寿命估算的简便方法

针对工程实际中复杂随机载荷下疲劳寿命较难估算的情况，将载荷谱近似处理及利用剩余疲劳强度的概念。分别对窄带随机载荷以及缺乏工作载荷谱下的随机载荷的疲劳寿命进行了估算，方法简便，具有较强的工程实用性。     

低应力高周疲劳的寿命计算

在适用于中，长寿命的Ｓ－Ｎ公式的基础上，提出了对低应力，高周疲劳的一种新的疲劳寿命估算公式，并用实验室试验和实际使用进行了验证。在低应力，高周循环疲劳寿命的估算中，这一新的公式比常用的公式更准确些。     

低碳低合金钢的变幅疲劳寿命估算

分别用15MnVN钢旋转弯曲试样和经过锤击后的16Mn钢对焊接头，试验研究了带存活率的变幅疲劳寿命估算方法。结果表明，在同一应力水平下，所用试样的常幅疲劳寿命服从对数正态分布。本文首先给出了以当量应力幅表示的疲劳寿命表达式，以及带存活率的疲劳寿命表达式，并进一步给出了带存活率的变幅疲劳寿命估算方法和估算结果。最后通过变幅疲劳寿命试验结果进行了验证，表明本文的估算结果是精确的。     

直升机复合材料桨叶的疲劳寿命计算

着重说明直升机复合材料桨叶安全寿命的计算方法。首先分析某型直升机的飞行任务剖面、桨叶载荷谱及材料的疲劳特性,然后利用迈勒线性累积损伤理论计算桨叶的安全疲劳寿命,并分析不同飞行状态及载荷变化对疲劳寿命的影响。计算结果证实直升机复合材料桨叶在正常飞行状态下的无限寿命设计理念。该方法可用于在直升机设计阶段对复合材料构件的疲劳寿命进行评估校核。     

随机载荷下疲劳寿命的估算

复杂随机载荷下疲劳寿命的评估，一直是工程上所关心的问题之一。在设计阶段，通常难以确定详细的应力历程，因而也无从进行循环计数和累计损伤。本文基于传统的疲劳设计思想和概率分析方法，综合考虑平均应力的影响和疲劳寿命固有的分散性，研究了宽带随机载荷作用下疲劳寿命的估算问题     

拉—拉变幅循环加载下15MnVN钢切口件的疲劳寿命估算

用拉－拉变幅循环加载下１５ＭｎＶＮ钢发口件的疲劳实验进一步验证作者已提出的变幅载荷下给定存活率的疲劳寿命的估算模型。结果表明，对于１５ＭｎＶＮ钢这类没有超载效应的金属切口件，在旋转弯曲恒幅疲劳试验确定了试件恒幅载荷下的Ｐ－Δσｅｑｖ－Ｎ曲线以后，亦可根据Ｍｉｎｅｒ定则计算其在拉－拉变幅循环加载下具有给定存活率的疲劳寿命或累积损伤值，并给出了定量表达式。     

抓斗装卸桥主梁疲劳寿命的估算

利用常幅疲劳 S-N 曲线和 Miner 线性累积损伤理论,在对实测抓斗装卸桥时间应力历程所进行的雨流计数结果和八级载荷谱分析的基础上,得出其符合威希尔分布的结论,并提出了计算主梁结构疲劳寿命的简易方法。     

燃料电池轿车变速器齿轮强度分析及疲劳寿命计算（二）

燃料电池轿车变速器齿轮由于其工况的特殊性,在齿轮材料、齿轮强度和疲劳寿命上都有很高的要求。论文建立了燃料电池轿车变速器齿轮的三维模型,然后应用有限元法,结合变速器实际载荷特性工况对齿轮的强度进行了仿真计算,最后根据强度计算结果,应用齿轮有限寿命设计理论和方法对齿轮的疲劳寿命进行了计算。     

燃料电池轿车变速器齿轮强度分析及疲劳寿命计算

燃料电池轿车变速器齿轮由于其工况的特殊性,在齿轮材料、齿轮强度和疲劳寿命上都有很高的要求。论文建立了燃料电池轿车变速器齿轮的三维模型,然后应用有限元法,结合变速器实际载荷特性工况对齿轮的强度进行了仿真计算,最后根据强度计算结果,应用齿轮有限寿命设计理论和方法对齿轮的疲劳寿命进行了计算。     

变幅载荷下填充型天然橡胶疲劳试验与预测方法研究

以填充天然橡胶哑铃型圆柱试件为研究对象,进行不同应变比R与变幅载荷下的单轴疲劳试验,并分析变幅载荷对疲劳寿命的影响。以应变幅值为损伤参量,建立基于应变比R=0的等效应变幅值统一疲劳寿命预测模型,利用该模型预测所有应变比工况下的疲劳寿命,其预测值与实测寿命的偏差在2倍分散因子以内;对不同应变比R、载荷水平、加载顺序与停顿时间等变幅载荷下的疲劳寿命进行单轴疲劳试验,基于Miner线性损伤法则预测变幅载荷下的疲劳寿命,和实测寿命相比其偏差都落在2倍分散因子以内;对哑铃型试件进行随机载荷疲劳试验,通过雨流统计和不同应变比R下的统一疲劳寿命预测模型计算其总寿命,预测结果和实测结果最大误差在34%以内。验证了Miner线性损伤法则在填充型天然橡胶疲劳寿命预测中的普适性,所建立的不同应变比R下的等效应变幅值统一疲劳寿命预测模型可用于橡胶隔振器的前期耐久评估。     

疲劳可靠寿命预测的应力寿命模型

在分析目前计算方法存在的问题和疲劳试验实际过程的基础上,利用Ｐ－Ｓ－Ｎ曲线方程建立了恒幅应力下机械零构件疲劳可靠性计算的应力－寿命模型,推导出可靠度和可靠寿命的计算公式。该方法可不经过转换直接求解,避免了系统（模型）误差,提高了计算精度,且简便、实用,具有较大的工程应用价值。     

Fatigue Life Prediction under Service Load Considering Strengthening Effect of Loads below Fatigue Limit

Lightweight design requires an accurate life prediction for structures and components under service loading histories. However, predicted life with the existing methods seems too conservative in some cases, leading to a heavy structure. Because these methods are established on the basis that load cycles would only cause fatigue damage, ignore the strengthening effect of loads. Based on Palmgren-Miner Rule （PMR）, this paper introduces a new method for fatigue life prediction under service loadings by taking into account the strengthening effect of loads below the fatigue limit. In this method, the service loadings are classified into three categories： damaging load, strengthening load and none-effect load, and the process for fatigue life prediction is divided into two stages： stage I and stage II, according to the best strengthening number of cycles. During stage I, fatigue damage is calculated considering both the strengthening and damaging effect of load cycles. While during stage II, only the damaging effect is considered. To validate this method, fatigue lives of automobile half shaft and torsion beam rear axle are calculated based on the new method and traditional methods, such as PMR and Modified Miner Rule （MMR）, and fatigue tests of the two components are conducted under service loading histories. The tests results show that the percentage errors of the predicted life with the new method to mean life of tests for the two components are –3.78% and –1.76% separately, much lesser than that with PMR and MMR. By considering the strengthening effect of loads below the fatigue limit, the new method can significantly improve the accuracy for fatigue life prediction. Thus lightweight design can be fully realized in the design stage.     

考虑平均应力效应的Tovo-Benasciutti疲劳寿命预测模型

为了考虑平均应力对循环载荷作用下结构振动疲劳寿命的影响,对Tovo-Benasciutti疲劳损伤模型进行了平均应力修正。采用径向基函数法构造平均应力修正系数与随机应力带宽系数之间的近似模型,建立了考虑平均应力的Tovo-Benasciutti疲劳损伤模型。利用所建立的模型对某简单梁进行了疲劳寿命估计。结果表明：考虑平均应力效应的Tovo-Benasciutti模型能得到与试验更一致的结果。     

多轴变幅载荷下基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法

提出一种多轴变幅载荷下基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法。首先,通过循环计数方法确定多轴变幅载荷历程的计数循环(反复);其次,通过材料的循环应力应变关系和Neuber法推导出虚拟等效应变与真实等效应力之间的关系,并且分别将拉伸型和剪切型Shang-Wang多轴疲劳损伤参数替换虚拟等效应变幅来求解临界面上的真实等效应力幅;然后,通过真实等效应力幅和Neuber法则计算临界面上真实的拉压和剪切等效应变幅,并运用Manson-Coffin方程分别计算缺口部件的拉压和剪切疲劳寿命;最后,选择拉压和剪切疲劳损伤值中的较大值作为每个计数反复的疲劳损伤,并采用Miner法则进行疲劳损伤累积。缺口件多轴疲劳试验结果表明,采用基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法具有较高的预测准确度。     

发动机连杆在恒定振幅载荷下的应力疲劳分析

针对发动机连杆的应力疲劳(高周疲劳)形式,主要分析了其在恒定振幅载荷下的应力疲劳,运用ANSYS15.0有限元分析建立了三维有限元模型,并对其进行了定性和定量的评定,得到了发动机连杆在恒定载荷下的应力、应变云图以及安全系数,交替等效应力,疲劳敏感度曲线图等,为发动机连杆的优化设计提供了数据参考。     

叶片疲劳应力幅的断口特征形貌判断

归纳总结了叶片疲劳断口的特征形貌。宏观疲劳断口的特征形貌主要有宏观疲劳源或疲劳源区的疲劳沟线、疲劳扩展距离、疲劳断口的粗糙度,微观疲劳断口的待征形貌主要有微观疲劳条带间隔、二次疲劳裂纹和韧窝形貌等。然后讨论了通过疲劳断口特征形貌的定性分析或定量分析诊断疲劳应力幅大小的可能性和值得注意的问题。