聚醚醚酮基复合材料的疲劳寿命表达式及累积疲劳损伤预测

通过对短碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料的疲劳寿命试验数据的分析，给出了其疲劳寿命表达式，进而给出了适于两级不定载荷谱下累积疲劳损伤度及其概率分布区间的预测方法。     

蜂窝纸板疲劳累积损伤模型实验研究

目的通过疲劳压缩实验,建立蜂窝纸板疲劳累积损伤模型。方法首先对蜂窝纸板进行一定的预压缩,然后进行不同次数疲劳压缩试验,最后将疲劳试样进行准静态压缩。结果随着压缩次数的增加,纸板的承载能力、平台应力均有所降低;蜂窝纸板的屈服应力尖峰消失;应力-应变曲线变为3个阶段,即线弹性阶段、平台阶段和密实化阶段;当压缩次数在30 000次左右时平台应力下降比较大,在30 000~50 000次时,下降比较小,之后微弱变化。结论蜂窝纸板疲劳压缩后平台应力会发生变化,呈现出先剧烈后微弱降低;选取剩余平台应力为损伤参量,结合损伤累积方法建立了蜂窝纸板疲劳累积损伤模型。     

根据累积蠕变损伤法则计算热疲劳寿命

本研究提出了一种预测承受任意而复杂的温度和循环载荷的高温零件(如涡轮叶片和涡轮盘)热疲劳开裂起始的方法。看来,热疲劳寿命完全可以根据材料的基本力学性能通过计算如下两种性质不同的、独立的失效形式中的每一种寿命来确定:(1)循环蠕变断裂——采用由Robinson提出并经Taira修正的著名的寿命分数法;(2)常规低周疲劳——采用Manson推导的通用斜率法经验方程式计算。为了完整地确定分析程序已详尽地列出了各种方程。用Glenny型热疲劳试验数据说明并评价所推荐的寿命分析方法。在这些试验中,为了得到类似于涡轮叶片和导向叶片在使用后于前、后缘所出现的裂纹,把Nimonic90的锥形盘试样放在流态床内加热和冷却。在本研究中,首先计算锥形盘试样的温度、应变和应力,最后计算寿命。循环是在改变温度和时间的条件下进行的。带有和不带空气内冷。已经发现,28个试样中有24个是以循环蠕变断裂为主要失效形式。计算和观测的寿命一般相当一致。本研究表明,为预测并最终提高高温合金或零件的热疲劳抗努力所作出的种种努力,其重点应放在计算和減少蠕变损伤方面。     

基于疲劳累积的物流产品寿命预估

针对物流产品在运输过程中的状态以及如何预估产品疲劳寿命的问题,根据当前的损伤评价标准和经典损伤理论,列举出两种常见疲劳寿命预估方法。通过实例从理论分析和Matlab Simulink数值仿真分析两个方面验证了两种方法的有效性,而且两种方法预估的产品疲劳寿命基本一致。通过对产品的疲劳寿命的预估,可为产品的运输方式、运输时间选择以及运输缓冲包装设计提供参考。     

金属疲劳累积损伤理论的研究

一、前言 大量的工程实践表明,机械及结构物的破坏,大多是疲劳造成的。一般情况下,在零件或结构物的局部,由于应力或应变集中,在循环载荷的作用下,就会产生局部塑性变形的累积,从而形成了微观疲劳裂纹,在循环载荷的连续作用下,裂纹会不断扩展至宏观裂纹,最终达到临界尺寸,导致破坏。疲劳破坏大致可以分成四个阶段:疲劳成核、微观裂纹形成、宏观裂纹扩展、最后断裂。一般把前二个阶段统称为疲劳的无裂纹寿命阶段,把后二个阶段统称为疲劳的有裂纹寿命阶段。 断裂力学的发展,对宏观疲劳裂纹扩展的研究起了很大的推动作用,现在已经可以用断裂力学的方法定量地计算有裂纹阶段的疲劳寿     

长寿命斯特林制冷机用板弹簧的疲劳加速试验装置设计

介绍了一台专门用于长寿命斯特林制冷机板弹簧的疲劳寿命试验的疲劳加速试验装置的设计,其中包括疲劳加速实验理论依据,装置的设计方案考虑,装置组成及主要技术指标。     

复合材料疲劳寿命预测

在疲劳载荷作用下,复合材料的弹性模量会随着载荷循环数的增加而不断下降,而材料中的内部损伤则不断增大。为此,本文提出复合材料的疲劳模量和累积应变的概念,并由此定义出三种预测复合材料疲劳寿命的疲劳损伤模型。文中应用这三种模型对单应力水平和多应力水平下的玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的疲劳寿命进行了估算,并同实验结果进行了比较。     

震源振动器平板损伤机理及其疲劳寿命预测研究

振动器是可控震源地震信号激发的关键装置,长期宽、高频地震波激发致使振动器平板焊接部位出现裂纹甚至疲劳失效,这不仅会大大减短平板工作寿命,而且严重影响震源信号质量。由此,对平板开裂断口的微观形貌进行分析,掌握平板疲劳损伤区域内损伤特征、裂纹扩展规律,揭示平板开裂断口损伤机理。针对平板疲劳损伤模式和特点,开展平板“三点弯曲”疲劳试验,拟合平板S—N曲线,预测平板疲劳寿命,并与采用断裂力学法的疲劳寿命计算结果进行比较。结果表明,经疲劳试验参数修正的S—N曲线法的精度高于断裂力学法,可准确预测震源振动器平板的工作寿命。研究成果为延长震源振动器平板的疲劳寿命、增强其可靠性提供了科学的理论支持,有助于提高我国油气勘探技术及相关工程装备的研发水平和国际竞争力。     

起升载荷下门式起重机主梁损伤与疲劳寿命预测研究

为研究起升载荷下门式起重机主梁的损伤和疲劳寿命,通过有限元软件ANSYS Workbench建立门式起重机主梁力学模型,采用nsoft疲劳分析软件对主梁的动静态力学特性和疲劳损伤进行了分析,采用nCode GlypWorks中的Rainflow模块对各载荷作用的应力时间历程进行雨流计数、载荷外推和叠加,采用nCode GlypWorks中的Stress Life模块计算主梁的疲劳寿命以及敏感性分析,得到不同工况下门式起重机箱型主梁应力和应变云图以及叠加后雨流直方图、主梁损伤直方图、裂纹—寿命关系曲线.研究结果表明:主梁的最大等效应力位置在跨中或端部以及主梁与支腿连接部位,易产生疲劳损伤;40t以上起重量是造成主梁损伤主要载荷;过载、残余应力和表面粗糙度均对主梁的使用寿命具有明显影响.冲击损伤仿真结果与计算结果较为接近,说明冲击损伤计算结果具有较高的可信度.     

确定性疲劳累积损伤理论进展

著名的Miner-Palmgren线性累积损伤理论的提出已有70余年，但由于疲劳问题的复杂性，迄今为止还没有一个模型的工程应用价值能与该理论媲美。疲劳累积损伤理论仍在发展与完善中。文章根据疲劳损伤与疲劳累积损伤理论的特点，将确定性疲劳累积损伤理论分成两大类，即线性累积损伤理论和非线性累积损伤理论，并将主要的非线性累积损伤理论分成五类：a. 基于损伤曲线法的非线性累积损伤理论；b. 基于材料物理性能退化概念的非线性累积损伤理论；c. 基于连续损伤力学概念的非线性累积损伤理论；d. 考虑载荷间相互作用效应的非线性累积损伤理论；e. 基于能量法的非线性累积损伤理论。文章分析了每一类模型中有代表性模型的物理背景，回答了模型在疲劳累积损伤理论中存在的主要问题，简要评述了模型的优缺点，讨论了确定性疲劳累积损伤理论的几个关键问题。     

汽车物流器具随机振动损伤与疲劳寿命预测研究EI北大核心CSCD

汽车零部件产品常被采用堆垛形式的物流器具运输以避免损伤。应用随机振动试验方法,分析三种不同振动等级下,堆垛型钢质物流器具的振动损伤;基于物流器具—装载物—夹具相互作用关系,建立了全景天窗运输器具的有限元模型,研究了平稳高斯随机振动下该器具的疲劳响应,获得关键位置变形和等效应力,预测器具的疲劳寿命。研究结果表明:有限元分析得到的共振频率与随机振动试验结果相差3.4%;器具振动响应主要受低阶共振频率影响,最大应力集中在堆垛柱与托盘连接处;上层装载物响应加速度1.42g明显大于下层0.79g,而同处于上层的装载物响应加速度差别小于1.7%;上下层堆垛柱响应加速度分别为0.82g和0.79g,差别不明显。上述方法可模拟运输过程中汽车物流器具振动疲劳及装载物易损点,为汽车物流器具设计提供参考。     

含多处损伤宽板螺接搭接件疲劳寿命研究

对含多处损伤（Multiple Side Damage,MSD）宽板搭接件做了等幅疲劳试验和断口分析,得到搭接件的疲劳寿命和孔边MSD裂纹的形成特点、裂纹前沿形状及扩展历程。结果表明,搭接件的疲劳破坏具有一定的隐蔽性,其疲劳寿命的绝大部分消耗在螺栓头下裂纹扩展阶段,当孔间裂纹出现首次连通时,搭接件剩余寿命约为总寿命的0.7%~9.4%。基于有限元软件FRANC2D/L和裂纹扩展分析软件AFGROW,建立了考虑钉载、第二弯矩和孔间裂纹干涉等影响因素的含MSD宽板搭接件疲劳寿命计算模型,并对孔边多裂纹的扩展寿命进行了计算分析。计算结果与试验结果的对比表明,该文所建寿命计算模型具有一定的精度,能满足工程需要,计算结果和结论可作为该类结构损伤容限设计的参考依据。     

复合材料孔板疲劳寿命环境影响的试验研究

为研究环境因素对T300/QY8911疲劳性能的影响,开展了T300/QY8911含中心孔层压板疲劳试验.试验中分别采用无紫外无涂层试件、紫外无涂层试件、紫外有涂层试件测试其拉-拉疲劳寿命,并通过对试验结果的方差分析研究了有无涂层、紫外辐射及湿度等环境因素对T300/QY8911复合材料孔板拉-拉疲劳寿命影响的显著性.研究表明:无涂层、300MJ/m2紫外照射量时,湿度对试件疲劳寿命影响高度显著;干燥、无涂层时,有无紫外照射对试件疲劳寿命影响高度显著;湿润、600MJ/m2紫外照射量时,有无涂层对试件寿命影响显著.     

生物陶瓷材料的疲劳寿命预测

采用断裂力学中的四点弯曲试验法,研究并预测了氧化铝和氧化锆陶瓷材料在大气和水环境中的循环疲劳破坏特性.结果表明,在相同的应力条件下,氧化铝和氧化锆陶瓷材料,尤其是氧化锆陶瓷,在水环境中的疲劳寿命比大气中的低.通过将预测结果与实验结果比较和对人造股关节的应用,验证了这种疲劳寿命预测方法的有效性和适用性.     

长寿命路面疲劳寿命预测的频域分析方法

笔者分别从沥青路面和水泥混凝土路面两个方面分析了路面疲劳寿命预测的相关方法。重点对疲劳寿命预测的频域分析方法进行了较为详细的分析,结合车辆–道路耦合振动系统模型,对路面不平整引起的车辆与道路之间的随机振动进行了分析,指出车辆–道路耦合振动的随机功率谱密度是进行路面疲劳寿命预测的一种手段和方法,并提出了相应的预测步骤,旨在为长寿命路面的设计和性能评价提供参考。     

基于EMD的灰色模型的疲劳剩余寿命预测方法研究

工程上的振动信号多为非线性非平稳信号,为了利用工程振动信号预测机械产品的疲劳剩余寿命,提出改进的经验模态分解方法对振动信号进行分解,分离故障特征频率到某本征模态函数中,计算全寿命周期各阶段故障特征频率所在本征模态函数的均方根值、峭度等时域特征指标,将其作为刻画机械产品健康状态的退化特征量,形成退化特征量序列,根据经验设定机械产品完全失效对应的退化特征量阈值.用退化特征量序列训练灰色模型,然后用训练好的灰色模型预测退化特征量的变化趋势,判断不同退化特征量用于刻画机械产品退化过程的可行性,估计可用退化特征量达到退化特征量阈值的时间并据此预测机械产品的剩余疲劳寿命.通过6205深沟球轴承全寿命周期振动信号对其进行验证,结果表明,可用的退化特征量结合该方法可以有效地预测小型球轴承的疲劳剩余寿命.     

竹木复合层合板疲劳与循环蠕变的累积损伤研究

为了对疲劳与循环蠕变交互作用下的损伤进行定量描述,采用一种考虑应变比率和弹性模量2个参数共同描述损伤的变量,并建立了损伤力学模型,该模型能够综合表现疲劳循环过程中塑性应变变化和弹性模量变化规律。通过对竹木复合层合板在80%、75%和70%3种应力水平下的纯疲劳弯曲试验,得出其损伤变量变化规律的实验曲线。通过对力学模型进行分段求解的方法,得到了竹木复合层合板在疲劳与循环蠕变交互作用下的累积损伤的拟合曲线。结果表明,该损伤参量及损伤模型可以较准确的描述在疲劳与循环蠕变交互作用下竹木复合层合板的损伤累积变化规律。     

结构风振的概率疲劳累积损伤

本文通过考虑脉动风压的随机过程性,利用风荷载的规范标定方法和结构疲劳试验结果,从结构风振随机反应分析着手,提出了基于疲劳累积损伤机制的抗风结构疲劳可靠性和寿命估计的分析方法,并通过一典型单自由度结构说明了此方法的应用。     

金属基复合材料疲劳寿命细观预测

本文以细观力学的平均场理论为基础,利用增量方法分析了金属基复合材料的疲劳性能,在每个增量过程把基体看作各向异性弹性材料来处理。首先利用数值方法求得了任意椭球夹杂在各向异性基体中的Eshelby张量,然后利用Mori-Tanaka平均场理论建立了复合材料应力与应变的增量关系。应用上述方法和基体的塑性混合强化模型及基体的疲劳寿命关系,本文分析了SiC/Al金属基复合材料的疲劳性能与微观结构的联系,并对复合材料的低周疲劳寿命进行预测。分析和预测结果和文献的实验相符合。      

基于随机振动理论的焊接结构疲劳寿命概率预测方法研究

为了能够在设计阶段对承受随机载荷作用的焊接结构的焊缝进行疲劳寿命预测,该文以随机振动理论为基础,结合主S-N曲线法,通过推导证明了用于焊接结构疲劳寿命评估的等效结构应力与激励载荷之间存在线性传递关系,从而提出了一个频域的焊接结构随机振动疲劳寿命概率预测新方法。该方法能够解决多随机载荷作用下复杂焊接结构振动疲劳寿命预测问题。通过T型接头的算例对比分析,证明了该方法能够考虑激励载荷的频率对焊缝疲劳寿命的影响。直接以线路实测随机加速度谱做为激励载荷,对某轨道集装箱平车车体结构关键焊缝的振动疲劳寿命进行预测,结果表明:该方法的预测结果与实际情况吻合,便于工程应用。