基于强度退化的金属材料疲劳寿命预估

为了进一步研究疲劳过程中金属材料剩余强度退化的规律,从疲劳损伤的定义出发,建立了剩余强度退化模型.根据前人的试验数据来验证本模型的正确性,通过与其他学者模型计算数据对比表明文章所建立模型提高了计算精度.同时基于所建立剩余强度退化模型提出一种改进的等损伤模型,由此推导出疲劳累积损伤模型.将此累积损伤模型应用于两级载荷下疲...     

多级载荷累积损伤下结构的动态可靠性分析

在服役环境中的各种不确定性因素及时间因素的共同作用下,结构将产生强度退化与累积损伤,进而严重影响到可靠性。传统的可靠性模型不能很好地反映载荷作用次序与强度退化等因素对可靠性的影响。利用区间理论,考虑应力作用次序不同而导致疲劳损伤的不同非线性演化过程,研究了多级载荷的等效转化问题;为承受多级载荷的强度退化下的结构,建立了动态非概率可靠性预测模型,构造了一种区间模型的动态可靠性分析方法;通过算例对多级载荷累积损伤作用下的结构动态可靠性进行了分析,并验证了方法与模型的有效性。     

基于变幅小载荷下的曲轴疲劳寿命预测分析

通过ABAQUS对曲轴模型进行有限元分析,得到局部最大时间应力载荷谱.运用雨流计数法对载荷谱进行处理,得到各应力幅值下的循环数.采用修正Corten-Dolan累积损伤理论,结合变幅载荷的应力幅值对曲轴进行疲劳寿命预测.通过分析,低于疲劳极限的应力会对曲轴产生强化作用,影响曲轴的疲劳寿命.     

风力发电机叶片损伤演化预测方法研究

根据风力发电机叶片的实际铺层和使用状况,以刚度退化模型为基础,发展了一个适合于风力发电机叶片的损伤演化模型,模型的基本思路是以单层板的刚度退化规律来预测整个叶片的损伤演化过程.对损伤过程进行了分析,给出了复合材料层合板刚度退化、内部损伤和损伤累积规律.     

基于二元疲劳失效判据的非线性疲劳损伤累积模型及其强度退化研究

二元疲劳失效判据认为疲劳破坏是由损伤程度和当前作用应力这两个量共同决定的,由此观点出发定义了非线性损伤,并建立了与载荷状态有关的非线性损伤累积模型,推导了在多级加载下的递推公式。经两种金属材料的疲劳试验数据验证表明,用该模型预测疲劳寿命,其结果是令人满意的。从疲劳过程本质上是材料静强度不断退化的过程的观点出发,建立了基于二元疲劳失效判据的非线性强度退化模型,将模型应用于两级及多级载荷下的剩余寿命估算,结果表明,所提出的剩余强度退化模型是合理可行的。

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单向相关下的机械零件动态可靠性分析

对于载荷与强度存在相关性的情形,应用传统的应力-强度干涉模型具有一定的局限性。为评估零件在应力与强度单向相关下的动态可靠度,利用Gamma过程来描述随机载荷作用,基于经典的Miner累积损伤理论,推导随着载荷作用而产生的强度不断降低的强度退化模型。结合应力-强度干涉模型,进而建立零件的动态可靠度模型。最后通过算例验证模型的有效性,结果表明,该模型能够有效用于零件在单向相关下的动态可靠性评估。     

基于两阶段Gamma过程的机械产品剩余寿命预测研究

在进行机械产品寿命预测时,传统的两状态可靠性评估存在较大的估计误差,针对这一问题,在计及冲击载荷条件下,提出了一种基于两阶段Gamma过程模型的三态机械产品的寿命预测方法。首先,在对产品连续退化轨迹研究的基础上,采用两阶段Gamma过程描述了产品的连续退化过程;同时,基于复合泊松过程描述了外部随机冲击造成的离散退化;然后,基于累积损伤模型,建立了冲击失效与退化失效竞争条件下机械产品的可靠性估计模型,利用该模型进行了机械产品剩余寿命预测;最后,通过对金属材料的裂纹扩展性能退化过程的仿真分析,验证了所提方法的有效性。研究结果表明:相对于传统两状态的可靠性评估模型,基于两阶段Gamma过程模型的三态寿命预测方法在机械产品的可靠性评估方面具有更高的精度。     

累积损伤方法在复合材料接头研究中的应用

累积损伤方法已被广泛应用于复合材料的各种结构损伤分析及强度预测中。对累积损伤方法在纤维增强复合材料机械连接接头性能研究中的应用进行了分析论述,主要包含应力分析中的有限元建模、失效判定准则及损伤过程中材料性能退化三大部分。并对该分析方法在今后研究的动向进行了展望。     

复合材料层合板压缩载荷下渐进损伤分析与试验验证

基于渐进损伤分析方法,建立了复合材料层合板的三维有限元模型。该模型包含应力分析求解、单元失效判定和损伤单元材料性能退化。采用了修正的带剪切非线性的Hashin准则作为单元的失效判据,使用Camanho模型对失效单元进行材料性能退化。通过编写用户自定义材料子程序(UMAT),实现了失效准则与材料退化准则在Abaqus中的应用。并对有限元模型进行了试验验证。计算值与试验值之间误差为8.7%。有限元计算得出的失效位置与失效模式和实验吻合很好,结果表明本文模型能合理进行层合板的强度预测和失效分析。     

一种旋转设备疲劳寿命预测的新方法

疲劳损伤累积模型是预测机械零部件疲劳寿命的基础。针对大多数损伤累积模型忽略了多级载荷历史效应及载荷次序效应对损伤累积的影响,提出了一种基于S-N曲线及Miner理论的非线性疲劳损伤累积模型。该模型考虑了载荷历史效应与载荷次序效应对机械零部件疲劳寿命的影响,克服了线性疲劳损伤累积模型的不足。将该模型与线性疲劳损伤累积模型预测结果进行对比,表明该模型对机械零部件疲劳寿命预测结果更加精确和可靠。     

一种用于结构疲劳可靠性分析的动态损伤干涉模型

借助于结构静强度设计中的应力——强度干涉模型,从引起结构疲劳破坏的根本原因——累积损伤出发。把抗疲劳结构在使用期间受到的累积损伤类比为“应力”,把结构在破坏时的临界损伤类比为“强度”,提出一种用于疲劳可靠性分析与计算的动态损伤干涉模型,即累积损伤——临界损伤——时间(DD_(?)T)模型。并通过实例作了计算,证明方法可用、结果合理。     

机载液压系统寿命预测与估计

寿命预测和估计是机载液压系统健康管理的核心难点。综述了机载系统寿命预测与估计常用方法,针对长寿命机载系统不可能在出厂前给出准确寿命,提出动态数据更新的粒子滤波寿命估计方法。建立机载液压系统多场耦合作用下性能退化规律,将研制寿命试验的累积损伤表征在退化状态内部,实际飞行数据通过贝叶斯滤波动态更新到寿命估计模型中,考虑余度液压系统多退化状态增广,给出动态机载液压系统寿命预测与估计方法,实现机载液压系统高精度寿命估计。     

纤维环向缠绕复合材料气瓶冲击损伤容限研究

为研究纤维缠绕复合材料层CNG气瓶冲击后损伤容限问题,采用疲劳应变比率作为损伤变量,建立疲劳累积损伤模型;对气瓶缠绕层的冲击损伤剩余强度采用开孔等效计算方法,应用Nuismer—Whitney平均应力准则,关联疲劳累积损伤函数中的最大应力与拉伸载荷下的含孔层合板剩余强度的关系,建立适用于在疲劳载荷下的含孔层合板结构剩余强度的估算方法,用于复合材料CNG气瓶冲击剩余强度的预测。结果表明,文中提出的分析模型预测结果与专家提出的复合材料气瓶冲击损伤评定标准基本吻合。     

基于连续非线性损伤的航空发动机叶片疲劳研究

利用传统线性损伤累积模型对航空发动机叶片进行疲劳研究,由于不能准确描述损伤与载荷之间的关系,导致计算结果不能令人满意.而对于一般的非线性损伤模型,由于忽略扭转振动的影响而易导致在计算中引入误差.为此,基于连续损伤理论,在钛合金TC4(Ti-6Al-4V)疲劳试验中获得叶片材料的S-N曲线的基础上,对CHABOCHE提出的非线性损伤累积模型进行修正,提出适用于航空发动机叶片的连续非线性损伤模型,并验证了模型的正确性.通过与试验数据及线性损伤累积模型的结果进行比对,证明所建立的非线性损伤累积模型能够更准确地反映叶片的损伤累积过程,并利用该模型对某航空发动机叶片进行疲劳寿命预测.     

累积冲击作用下可恢复退化过程的可靠度评估

以对激光器进行可靠度评估为背景,在考虑累积冲击与自然退化同时引起产品失效的基础上,重点研究了冲击时间间隔对产品退化量的影响,建立了累积冲击作用下可恢复的退化模型。根据自然退化过程及泊松冲击更新理论,研究了累积冲击模型和累积冲击下的退化失效模型。引入条件分布,分析冲击时间间隔对退化量的影响,得出了累积泊松冲击下的可恢复退化失效模型。结合性能退化分析,给出了可恢复的退化过程的失效分布函数和可靠度函数。进行了激光器退化试验,结果表明:当激光器工作2 000h时,利用累积冲击下可恢复的退化失效模型评估得到的可靠度为0.53,与仿真结果相符,为利用累积冲击下退化失效模型评估得到的可靠度的2.79倍。结果验证了本文提出的利用可恢复的退化模型进行可靠度评估的合理性。     

飞行汽车齿轮传动系统动态可靠性分析

飞行汽车作为面向未来城市空中交通的新型交通工具,具有智能、高效和便捷的特点.齿轮传动作为飞行汽车动力传输的关键部件,其安全性与可靠性已成为制约飞行汽车发展的难题.但目前针对飞行汽车齿轮传动系统的可靠性分析方法缺失,现有齿轮传动设计方法未能考虑强度退化与失效相关性对系统可靠性的影响,存在潜在失效风险.因此,基于应力-强度干涉理论,建立了考虑强度退化与失效相关性的某飞行汽车齿轮传动系统动态可靠性分析模型;根据飞行任务剖面图建立载荷谱,并获得了齿轮接触与弯曲应力,通过Goodman准则将齿轮脉动循环应力历程等效为对称循环应力,以匹配基于S-N曲线的疲劳损伤计算;基于非线性疲劳累积损伤理论,建立了齿轮强度退化模型,并通过Copula函数描述了传动系统中的失效耦合相关性;结合应力-强度干涉理论,阐述了飞行汽车齿轮传动系统可靠性演化规律,为飞行汽车齿轮传动系统动态设计与可靠性优化奠定了基础.     

材料重复冲击损伤模型与数值计算方法研究

基于连续介质损伤力学,将有效应力概念和应变等效假设应用于Johnson-Cook本构模型中,建立了重复冲击载荷作用下材料力学性能退化的损伤模型,以及考虑材料性能退化对冲击应力应变响应影响的数值计算方法。首先,推导了基于损伤耦合J-C本构模型的应力应变数值计算关系式,并在ABAQUS中进行二次开发,采用两种方法实现了考虑损伤影响的应力应变数值计算。进一步,建立了试件在重复冲击下损伤累积的计算方法,并采用所建方法对含缺口三点弯试件的重复冲击损伤进行了数值计算,研究了缺口根部应力应变及损伤度,并对试件整体损伤规律进行了分析。进一步开展了缺口三点弯试件的重复冲击试验,通过计算结果与试验结果的对比验证了建立的数值计算方法的可行性和适用性。与无损伤耦合模型计算结果相比,损伤耦合模型更能合理反映出缺口根部材料的力学性能退化过程以及损伤累积与冲击响应之间的相互影响。     

一种新的谱载荷寿命评估模型

基于零件的低载强化与损伤规律,提出了一种谱载荷下的寿命评估模型。汽车使用中遇到的随机载荷,80%是疲劳极限以下的小载荷,而传统的疲劳累积损伤理论在估算零件寿命时,很少或几乎不考虑使用过程中小载荷对结构造成的强度强化,只考虑大载荷对结构造成的损伤,使得估算结果与实际寿命存在很大差别。零件在小载荷作用下,随作用次数的增加,零件强度先增大后减小。该模型以此规律为基础,充分考虑了小载荷对的零件强度的影响,更加准确的反映了零件疲劳过程的客观现实。通过两种零件的寿命评估实例发现,该模型不仅计算简单,而且有更高的预测精度,为合理地进行汽车轻量化设计提供了理论和技术依据。     

疲劳加载下金属材料的强度退化规律

剩余强度是材料的重要性能之一,是材料疲劳寿命预测的基础.文中研究锻造35CrMo钢金属材料剩余强度随疲劳载荷加载次数退化的规律,按照其疲劳损伤的产生和发展规律,提出一个剩余强度退化指数模型,并通过文献中的试验数据验证分析,表明该模型可以较好地描述剩余强度退化规律.同时研究剩余强度的分布特性,三参数Weibull分布可以作为剩余强度的分布函数.不同循环次数比时,剩余强度的分布参数不同,即随着循环次数的增加,剩余强度的分布是变化的.     

复合材料层压板疲劳模量模型及寿命估算

提出基于单向板单轴疲劳试验数据预测层压板疲劳寿命的模型.采用疲劳模量构造典型应力比下的寿命曲线和损伤函数,利用等寿命曲线求出任意应力比下的疲劳寿命,引入复合累积损伤变量计算单向板多轴循环应力下的疲劳寿命;层压板的疲劳寿命预测以单向板多轴疲劳寿命为基础,通过层压板应力分析、失效分析和材料性能退化的循环迭代过程计算寿命;编写层压板疲劳寿命计算程序,寿命预测结果与试验结果吻合良好.