车架多工况功率谱法随机疲劳寿命估算

该文根据功率谱法随机疲劳寿命估算的基本原理,推导出载重汽车车架多工况寿命估算的功率谱综合法。依据损伤等效的原则,建立了多工况综合功率谱数学模型,并利用该方法对IFA—W50L卡车的纵梁进行了疲劳寿命估算,运用Monte Carlo模拟和传统的寿命估算方法验证了谱综合的有效性。估算结果与实车试验结果有较好的一致性。     

输弹机构件可靠性试验仿真研究

基于ADAMS建立了输弹机的虚拟样机模型,并进行了VV&A验证.通过仿真得到了链板在正常和强化试验工况下的载荷谱.在ANSYS中对链板进行有限元分析,得到了链板的应力分布.以载荷谱和应力分布为依据,利用ANSYS/FE_ SAFE疲劳分析模块计算得到了链板的疲劳寿命,获得了链板在各强化试验工况下的强化系数,为基于疲劳的可靠性强化试验提供了有益参考.     

大功率发动机活塞蠕变-疲劳可靠性分析方法研究

针对大功率发动机活塞在周期性爆发压力、活塞销反力、高温及循环热载荷复杂工况下经常出现的蠕变-疲劳故障现象,通过试验和数值模拟方法研究材料、高温等因素对蠕变-疲劳故障的影响规律,提出基于故障物理的机械可靠性设计分析技术,以故障机理为单元,分别建立蠕变、疲劳及其交互作用的损伤模型,利用损伤等效方法建立基于线性损伤累积的活塞蠕变-疲劳可靠性模型,对活塞可靠度、灵敏度和可靠寿命进行了分析计算,并对计算方法进行了对比验证,计算结果与传统蒙特卡洛法计算结果接近,但计算量明显减少.     

某迫击炮击发机构关键部件仿真分析

某迫击炮拉发机构在长期射击试验过程中,拨爪受到拨爪轴、击锤和套筒的冲击载荷作用,导致击发机构中的拨爪出现了断裂失效。为研究其损坏的力学机理,在对击发机构结构组成和机构动作分析的基础上,采用模块化、参数化的有限元建模方法,建立击发机构有限元模型。仿真分析不同工况下击发机构的动态特性,得到了不同工况下拨爪所受应力最大值以及最大值所在的位置,通过应力变化分析找出了拨爪的薄弱环节,即易断裂的位置;在此基础上对击发机构进行疲劳分析,得出易失效位置的寿命。结果表明,拨爪在爪尖处和拨爪孔几何形状突变处受到应力较大,容易发生疲劳失效,但应力最大值小于材料屈服极限,但是疲劳寿命较小,因此易出现断裂。该仿真结果与实际失效情况相符,同时为优化击发机构、减小应力集中、解决拨爪破裂故障提供了理论参考。     

特种设备钢丝绳的应力和疲劳寿命仿真分析

为分析钢丝绳在提升工作过程中绳上的应力分布和疲劳失效情况,以某型特种设备用6× 36 WS钢丝绳为研究对象,对钢丝绳在轴向拉伸和绕滑轮弯曲状态下的应力和疲劳寿命进行了仿真研究。建立钢丝绳的有限元模型,仿真分析了其在轴向拉伸和绕滑轮弯曲状态下的应力分布情况;进行钢丝的疲劳试验,得到了钢丝疲劳寿命数据;根据钢丝疲劳数据和钢丝绳有限元分析结果,依据Miner线性累积损伤理论进行了钢丝绳的疲劳寿命仿真分析。结果表明：钢丝绳在相邻钢丝接触区域、相邻绳股接触区域以及钢丝绳与滑轮接触区域应力较大,应力越大的部位,最先发生疲劳失效,疲劳寿命越小。     

航空电连接器热疲劳失效机理研究

电连接器插孔是弹性元件,在交变热应力的作用下易产生热疲劳,出现应力松弛现象,从而影响电连接器的接触可靠性。结合加速寿命试验理论,提出了一种电连接器热疲劳试验方案,设计了试验电路并进行了试验,分析了电连接器的热疲劳失效机理。试验结果表明：试品的接触电阻值随温度循环次数的增加而缓慢增长,其宏观原因是插孔收口处孔径增加,接触件间接触力减小;循环应力中温差或温度变化率的增加,会加速连接器接触电阻的增长。试验后试品插孔的金相分析发现: 温度循环条件下,连接器插孔中微观组织结构的变化,即插孔中的α相晶粒尺寸和滑移线密度均有所增加,滑移方向差异化程度增强,是导致其接触可靠性和性能逐步蜕化的根本原因;温差范围与温度变化率对电连接器性能蜕化的综合作用取决于滑移线密度与滑移方向差异化程度的“对抗”结果。     

特种装备模拟器计算机MIN板热环境适应性

多数军用电子设备的热环境适应性评定仅参考依据美军军用标准进行的高低温交变试验数据,而固定的高低温标准使得试验温度往往脱离实际,仅能定性分析其热环境适应能力的强弱,难以作为任务决策及维护检测的参考依据。为真实再现军用电子设备所处的热环境状态,借助机械设计自动化软件Solidworks创建MD型模拟器计算机开关量输入板（简称MIN板）计算机辅助设计模型,并将其任务状态谱转变为环境温度谱和电子元器件热功耗谱,作为Icepak仿真的输入参数。以Arrhenius模型和改进C-M方程为基础,结合最优加速退化试验所得关键电子元器件实际失效数据及仿真所得电子元器件和电路板温度数据,分别解算电子元器件热退化失效时间及焊点热疲劳寿命。采用竞争失效方式评估MIN板预测寿命及薄弱环节,并将寿命数据作为其热环境适应性的定量化表征。仿真结果表明,电子元器件热退化为MIN板热失效的主要影响因素,焊点热疲劳为次要影响因素,其薄弱点主要为可编程逻辑器件及三态缓冲器,且北部、东部和南部地区预测寿命分别为10~11 a、8~9 a和5~6 a,与实际使用故障时间大致吻合。     

基于动态扭矩测试的综合传动系统主轴低周疲劳寿命预测与验证

为解决履带车辆综合传动系统主轴低周疲劳失效的问题,开展主轴疲劳样件检测及材料力学性能测试。通过实车测试获得主轴动态扭矩,在此基础上,建立主轴弹塑性有限元模型并预测主轴的低周疲劳寿命;进一步开展主轴低周疲劳台架试验,对寿命预测方法进行验证。研究结果表明:履带车辆在起步阶段下的冲击扭矩是造成综合传动系统主轴低周疲劳的主要载荷;由于双侧非对称的结构特点,导致主轴右侧冲击扭矩均值是左侧的1.54倍;主轴最大Mises应力为1 510 MPa,最大应变为0.008 692 3,均发生在右侧输出花键与过渡圆弧交界位置的齿根处,与主轴疲劳断裂位置一致;实车条件下主轴能承受冲击扭矩的次数为17 082次;台架试验获得的主轴能承受冲击扭矩的次数为5 000,预测获得的主轴能承受冲击扭矩的次数为5 843次,仿真结果与试验结果基本吻合,验证了低周疲劳寿命预测方法的可行性。     

稳定杆疲劳载荷确立及疲劳寿命分析

横向稳定杆是汽车悬架中的重要结构部件,当其疲劳断裂发生时,会严重危害车辆行驶的安全性.基于传统汽车稳定杆设计处于类比和经验设计阶段,疲劳可靠性设计偏保守、开发周期长,对整车性能和成本控制不利.文中首先,采集试车场内稳定杆连杆载荷,利用Palmgren-Miner线性累积损伤理论,确立疲劳载荷制定方法,生成稳定杆疲劳试验多级载荷谱;然后,通过疲劳仿真分析,确定稳定杆疲劳试验危险截面及疲劳热点.最后搭建进行稳定杆疲劳台架试验.结果表明,稳定杆疲劳台架试验失效寿命及位置与仿真预测基本一致.说明文中疲劳载荷制定方法有效,对稳定杆疲劳载荷制定、疲劳寿命预测有一定的指导意义.     

弧齿锥齿轮弯曲疲劳寿命仿真与加速试验评价

疲劳寿命试验是齿轮强度评价必不可少的手段,但长期以来弧齿锥齿轮疲劳试验数据缺乏,导致相关产品设计存在较大的不确定性。本文建立了弧齿锥齿轮三维有限元模型,给出了相应的弯曲疲劳寿命仿真计算流程;探讨了加速疲劳试验的机理与方法,确定了加速疲劳试验应力因子。对20CrNiMo材料试棒进行了拉伸疲劳强度试验,获得了材料的S-N曲线,以此为基础数据,利用三维有限元软件完成了两个水平的弯曲疲劳寿命仿真计算;在专用闭功率流耐久性试验台上进行了若干组齿轮的弯曲强度疲劳寿命试验,疲劳寿命与理论仿真结果对比误差小于3.2%,一致性较好。证明了以疲劳寿命仿真与加速试验手段评价复杂结构件锥齿轮弯曲疲劳强度的可行性。     

Research on Measurements for Temperature and Stress of Pistons in Internal Combustion Engine

In both numerical simulation and experimental research for the piston of internal combustion engine, the verification foundations are always insufficient. The reason is the measurements for its transient temperature and stress under actual operation conditions are very difficult. A multi-channel measurement-storage technology is used in the engine bench experiment to measure the piston temperature and stress in real time. The temperature and stress changes in the engine operation process are obtained. They provide reliable instructive criteria for numerical analysis and experiment of the piston working state.     

不同工况下机电复合传动装置行星齿轮系统瞬态温度场

机电复合传动装置时常处于高速、重载、高油温等恶劣环境中,导致装置内行星齿轮系统的瞬态啮合温度急剧上升。利用有限元法对不同转速、不同载荷以及变转速恒功率条件下的行星齿轮系统模型瞬态温度场进行计算。分析不同条件下太阳轮及行星轮的瞬态温度曲线及齿面发热情况,绘制不同工况下齿顶面及齿根面瞬态温度场三维曲线,详细讨论齿面瞬态温度相对增长关系以及增长量,得到不同转速、不同扭矩以及输出功率对于太阳轮及行星轮的瞬态温度场影响规律。结果表明：在不同转速条件下,太阳轮与行星轮齿根面温度与齿顶面最高温度随着转速的增加而逐渐升高,当太阳轮转速大于5 000 r/min后最高温度的升高率则逐渐降低;在恒功率条件下,随着转速增大,太阳轮与行星轮齿顶面和齿根面最高温度降低的绝对值基本等于上一个转速点的2倍。试 验验证了该方法的正确性。     

柴油机回水温度对燃烧过程影响试验研究

针对某柴油机在低温环境下工作频繁出现活塞烧蚀的问题,开展了回水温度对燃烧过程影响的试验研究。通过分析不同回水温度下燃烧压力变化特点,确定产生活塞烧蚀时缸内燃烧过程典型特征,初步建立了活塞烧蚀与燃烧过程的对应规律。试验结果表明：在1 500 r/min、70%负荷工况点,当回水温度分别为15 ℃、25 ℃和40 ℃时,燃烧压力剧烈振荡,循环平均的最大压升率达到25~40 MPa/ms,且最高燃烧压力已达到或超过许用爆压限值13 MPa,说明该工况点燃烧粗暴。循环分析结果表明：在回水温度为15 ℃和25 ℃时最高燃烧压力超过爆压限值13 MPa的循环数约占总循环数的33%,最大压升率最高值超100 MPa/ms. 回水温度的降低引起的燃烧粗暴是导致柴油机在低温环境下发生烧蚀故障的重要因素。     

桥式起重机主梁剩余寿命估算

桥式起重机在典型工况下工作循环一次时,对其主梁危险部位的应力进行测试,得到应力一时间历程,采用雨流计数法处理应力一时间历程获取载荷谱。根据线性累积损伤理论,估算出起重机在典型工况下工作循环一次时,主梁危险部位的损伤值。查询在线监测系统,获得起重机在各种实际工况下的工作循环次数,将实际工况近似为典型工况,推导出主梁的疲劳寿命公式。     

蠕变-热疲劳裂纹的控制参量研究

考虑材料的双线性随动强化和蠕变特性,用有限、元方法分析了蠕变一热疲劳裂纹的张开过程。裂纹在加热和保温过程中受压应力作用,处于闭合状态。由于加热和保温过程产生的非弹性应变不能自由恢复,降温过程的后期产生垂直裂纹面的拉应力,使裂纹逐渐张开。此时裂纹附近材料的温度已经下降到蠕变温度以下,并且裂纹的张开过程是热应力的卸载过程,因此C“参数和,积分不适用于蠕变一热疲劳裂纹。在小范围屈服条件下,可用应力强度因子作为蠕变一热疲劳裂纹的控制参量。计算表明,延长保温时间,升高加热的景高温度,增加裂纹长度都能够使应力强度因子增大。     

考虑泊松比的HTPB推进剂贮存老化反应速率研究

对某型号HTPB推进剂在35℃、50℃、65℃条件下进行了加速寿命试验,并选用最大延伸率表征推进剂性能变化情况;对HTPB推进剂高温加速寿命试验的老化起点进行了修正,并推导出了考虑泊松比条件下的推进剂老化反应速率模型;根据加速老化试验结果,对模型的参数进行了求解,验证得出考虑泊松比变化条件下的某型号丁羟推进剂药柱预估寿命要长于未考虑泊松比的预估值;对含有不同含量防老剂的HTPB推进剂在80℃条件下的加速寿命试验结果表明:少量防老剂的添加可以有效对推进剂进行延寿.     

基于加速老化和实测载荷的立式贮存固体发动机药柱寿命评估

为预估立式贮存固体发动机药柱贮存寿命,综合考虑加速老化和实测载荷的影响,开展推进剂高温加速老化试验,得到推进剂延伸率的变化规律。分别对贮存老化后的发动机在固化降温/静态立式贮存/点火发射和固化降温/动态立式贮存两种载荷历程进行有限元分析,获取药柱危险点von Mises 应变规律,并计算药柱在振动条件下的疲劳损伤。以延伸率和应变随时间的变化规律为依据,预估了发动机寿命。结果表明：推进剂延伸率随时间逐渐减小;药柱在重力载荷的长时间作用下会产生蠕变效应;药柱内部各点在实测振动载荷作用下产生周期性的应力,动态立式贮存半年的损伤值为0.017 12;发动机贮存老化时间与立式贮存次数呈现负指数关系,其可允许的动态立式贮存次数为15次;考虑立式贮存时,总寿命介于8.24~11.75年;忽略立式贮存时,总寿命为17.81年。