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。     

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     

随机载荷下疲劳裂纹起始寿命的实时监测

本文介绍了以单板机为手段应用局部应变法进行疲劳损伤实时监测的过程。指出采用应力——应变分析与简化的雨流计数法(四蜂谷法)的快速处理方法,可以满足大多数疲劳问题的频率要求(单通道可达200Hz,4通道可达50Hz)。     

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。     

块谱内部载荷排序对结构疲劳寿命的影响

载荷次序的影响一直是疲劳累积损伤研究的热点话题,载荷的大小、级数、块谱外载荷次序及块谱内载荷次序的影响规律亟待探究.选取3种载荷范围,并按线性将其分为4、10、100级谱块与4、10、100级单峰值排序.通过线性累积损伤理论和两种经典非线性累积损伤理论,对以上各种情况进行累积损伤计算,得出载荷排序对载荷大小、级数、谱块...     

随机载荷模式下钢丝绳疲劳寿命的预估

从固定载荷模式下钢丝绳疲劳寿命的预估模型出发,根据迈因纳线性疲劳建立了随机载荷模式下钢丝绳疲劳寿命的预估公式。应用它预知钢丝绳的疲劳寿命,有助于保证安全生产,又能节约钢丝绳使用成本。但该预估公式的综合安全系数最优取值,还需在实践中做进一步研究。     

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。     

两级载荷作用下疲劳损伤状态的试验研究

以按高－低和低－高顺序作用的两级循环载荷下的疲劳损伤累积试验为基础，详细考察与分析了疲劳损伤的演化规律及状态特征，指出了目前常用的各种累积损伤模型的缺陷，提出了应用对其应用范围进行严格限制的建议。     

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。     

随机疲劳的等能量损伤的期望寿命预估

在假定Ｍｉｎｅｒ线性累积损伤理论对于受随机载荷的零均件可以适用的前提下，在随机理论分析基础上，引入材料所吸收的塑性应变能和损伤度等参量，在等能量损伤法则下推算出稳态条件下随机载荷的等介常幅应力，推出随机载荷下的期望寿命估算公式，对于些零构件危险部位的应力响应时间历程无法实测的情况，本文提供了一种可行的方法，本文的理论得到了一些实验验证。     

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。     

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.     

宽带随机载荷下的疲劳寿命统一模型

针对宽带随机载荷下的疲劳寿命预测精度不足的问题,提出以变参数Weibull模型描述载荷峰值概率密度,而非以修正概率密度的误差函数的方式对疲劳寿命进行预测。首先,给出了一般宽带载荷峰值理论概率密度,用变参数Weibull模型实现了概率密度由窄带Rayleigh分布向宽带Gauss分布转变,并讨论了模型参数的范围;然后,根据变参数Weibull模型得到了疲劳寿命预测模型的解析表达;最后,通过实例计算了双峰宽带和连续宽带随机载荷下的疲劳寿命,并与其他疲劳寿命预测模型进行了精度比较。分析表明,所提出的疲劳寿命预测模型精度理论误差为9.68%,试验误差为12.5%,完全满足工程需要,本方法与Dirlik方法相比应用更方便。     

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。     

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。     

一种考虑应力梯度的疲劳寿命预测方法

针对临界距离法及应力场强法在疲劳寿命预测过程中存在的问题,结合临界距离法计算量小、应力场强法能够反映构件所处应力状态的优点,提出了以缺口附近球形区域内的等效应力均值作为控制疲劳行为的当量应力的方法。参照一组疲劳试验对当量应力与球形区域半径的关系进行了研究,结果表明可用线性和指数函数的形式表示两者间的关系。通过定义应力梯度、相对应力梯度,构建了一种能够考虑应力梯度的疲劳寿命预测模型。对模型中参数的确定方法进行研究,提出了以光滑试件、缺口试件在各自相同载荷条件的疲劳极限作用下,两者当量应力相等时的球形区域半径作为损伤区域大小的方法,该方法不再需要通过试验获得半径参数,具有较强的实用性。疲劳试验结果表明,模型预测结果均在2倍分散带内,证明模型具有较好的预测精度,同时模型可准确预测疲劳破坏位置。     

基于非线性累积损伤的随机振动疲劳寿命分析

预测承受随机载荷结构件的疲劳寿命是一个复杂的问题,应用Miner线性损伤准则经常会得出偏于冒险的寿命预测。非线性累积损伤理论考虑了加载顺序对疲劳寿命的影响,精度更高,但计算繁琐,且未能用于频域寿命计算。文中给出了一种基于非线性累积损伤的随机振动疲劳寿命分析方法,该方法将频域疲劳寿命的预估结果平分为若干段,考虑顺序效应对每一段结果进行修正并叠加,得到修正的振动疲劳寿命结果,通过简单试验件试验验证了该方法的准确性,对于某加筋板结构在动力学准确建模、多轴应力等效的基础上进行寿命估算,结果证明了方法的有效性和工程可用性。     

复杂载荷作用下压气机叶片疲劳寿命数值分析

为提高叶片服役寿命,在计算叶片应力分布并预测其在复杂载荷作用下的疲劳寿命后,基于逆向工程建立了三种不同精度的叶片模型;考虑离心和气动载荷作用,求解压气机叶片复合载荷作用下的应力分布规律;通过叶片模拟件疲劳试验,确定TC4钛合金疲劳极限,拟合寿命模型参数;利用非线性连续损伤力学模型预测叶片在典型工况下的疲劳寿命。结果表明：不同模型的应力及寿命计算值存在一定差异,开展叶片数值分析时,需考虑计算模型还原叶片几何特征的精度对计算结果的影响。