疲劳载荷与冲击载荷交替作用下的零件可靠性模型

为评估零件在疲劳载荷与冲击载荷交替作用下的可靠性,基于应力-强度干涉理论,运用全概率及Poisson过程等概率统计理论,推导出疲劳载荷与冲击载荷交替作用下零件的可靠度计算模型以及失效率函数,并通过具体算例对所建模型的有效性进行验证和分析。结果表明,该模型能够有效预测零件的可靠性,对疲劳载荷与冲击载荷交替作用下零件的可靠性分析具有一定的理论指导意义。     

基于样本集聚原理的疲劳可靠性评估方法及其在零部件上的应用

针对随机载荷下的疲劳可靠性,为能实现用小样本量的或大分散性的寿命数据获得较精确的寿命评估结果,基于样本集聚原理,改进应力-寿命关系曲线的获得方法,介绍逐渐缩小区间搜索方法和考虑材料分散性和随机载荷下的疲劳可靠性模型。逐渐缩小区间搜索方法的核心思想是区间逼近,每次搜索循环后均会缩减最优值的范围,至满足设定容差的结果停止搜索,并拟合应力-寿命关系曲线。基于此关系曲线,由确定应力到随机应力,再到服役工况种类的随机性,逐步建立疲劳可靠性模型。应用提出方法评估一服役后铝合金构件的疲劳寿命。结果表明,逐渐缩小区间搜索方法可在短时间内获得高精度的P-S-N曲线,提出的疲劳可靠性模型贴近工程,传统疲劳可靠性模型的结果偏于保守。     

基于累积损伤的金属结构腐蚀疲劳可靠性分析

运用断裂力学方法和逐次循环法计算含初始缺陷金属结构的腐蚀疲劳裂纹扩展寿命;考虑裂纹尺寸、载荷、材料等参数的随机性,基于金属结构裂纹扩展理论,提出了一种以疲劳累积损伤ψ(a2,a1)代替裂纹长度a(N)作为功能函数的腐蚀疲劳可靠性分析方法,建立了等幅载荷谱作用下金属结构基于累积损伤的腐蚀疲劳裂纹扩展可靠性评估模型和基于Monte-Carlo法的可靠度计算方法。结合金属连接件耳片结构进行具体计算,探讨了LY12CZ和30CrMnSiA两种材料腐蚀疲劳可靠性的差异,可为工程设计提供有益参考。     

结构系统疲劳失效相关机理与可靠性模型

失效相关普遍存在于工程结构中,是影响结构系统可靠性分析精度的重要因素。针对随机恒幅载荷和随机变幅载荷两类典型工况,推导积矩相关系数和Kendall秩相关系数的计算式,从定性和定量角度分析结构系统各单元疲劳失效内在的统计相关机理。单元寿命相关性主要来自应力过程特征量的分散性,而材料性能的分散性则减轻相关程度。根据单元失效的统计相关机理,利用阿基米德族的Clayton Copula建立串联、并联结构系统的疲劳寿命可靠性模型。分析表明:Clayton Copula形式简洁,可细腻刻画单元对数寿命联合分布密度等高线呈现的非对称形态,由此建立的概率模型计算精度高。算例验证了所提方法的合理性和可行性。新模型可用于共因载荷多次作用下结构系统的疲劳寿命可靠度预测,并为考虑多模式损伤耦合的装备可靠性设计及概率评估提供新工具。     

考虑载荷作用次数的零部件可靠性模型

研究随机载荷多次作用时零件的失效过程,建立载荷多次作用下的零件可靠性模型.从载荷作用的统计学意义出发,根据顺序统计量的性质,建立载荷多次作用时等效载荷的累积分布函数和概率密度函数.运用应力-强度干涉模型建立零件在单一失效模式下载荷多次作用时的可靠性模型.最后,运用Monte Carlo方法对可靠性模型进行仿真实验,证明模型的正确性.     

随机载荷循环作用下的机械结构疲劳寿命预测模型

基于名义应力法建立了随机载荷循环作用下的结构疲劳寿命预测模型。分析了结构所受循环载荷作用的不确定性特征,在以循环载荷作用次数为寿命度量指标框架下,运用概率加权法和线性Miner累积损伤法则,分别建立了疲劳寿命与应力之间关系分别服从指数函数和幂函数两种形式时,随机载荷循环作用下的结构疲劳寿命预测模型,并运用所建立的模型对某转动轴的疲劳寿命进行了预测研究。     

航空圆柱滚子轴承热弹耦合下疲劳寿命研究

以M50NiL航空圆柱滚子轴承为研究对象,基于Lundberg Palmgren疲劳寿命理论和Hertz接触理论,结合Goodman公式及材料P S N曲线,综合考虑热应力和结构应力的共同作用,建立其疲劳寿命模型。该模型主要与最大Hertz接触应力及材料系数相关。在有限元软件ANSYS求解应力过程中,采用热塑性有限元法,计算温度场载荷;将摩擦热载荷产生的温度场和热应力分布做为应力分析的边界条件,推导轴承在热力耦合下的应力分布规律,并对某直升机单工况作用下的主减速器圆柱滚子轴承给出疲劳寿命评估,评估表明与试验值误差仅为1161%。研究结果表明,该疲劳寿命模型综合考虑热应力和结构应力的影响,是一种安全、有效的疲劳寿命估算方法。     

重型切削硬质合金刀具破损寿命可靠性研究

在重型切削加工过程中,由机械载荷作用引起的硬质合金刀具疲劳失效是影响刀具寿命的主要原因之一。为了研究刀具的破损特性,首先分析硬质合金抗弯强度理论,并探讨其与裂纹扩展的关系建立刀具破损理论模型;其次采用三点弯曲法进行硬质合金刀具材料抗弯强度试验,建立硬质合金刀具材料抗弯强度Weibull分布模型;最后进行硬质合金刀具破损可靠性研究,同时建立硬质合金刀具破损理论寿命可靠性模型并进行验证,结果表明所建立的刀具破损理论寿命模型是可行的,同时对提高刀具使用寿命、优化工艺参数等有非常重要的借鉴意义,为进一步深入研究重型切削刀具破损寿命及可靠性奠定基础。     

航空圆柱滚子轴承热力耦合下疲劳寿命研究

以M50NiL航空圆柱滚子轴承为研究对象,基于Lundberg-Palmgren疲劳寿命理论和Hertz接触理论,结合Goodman公式及材料P-S-N曲线,综合考虑热应力和结构应力的共同作用,建立其疲劳寿命模型。该模型主要与最大Hertz接触应力及材料系数相关。在有限元软件ANSYS求解应力过程中,采用热塑性有限元法,计算温度场载荷;将摩擦热载荷产生的温度场和热应力分布做为应力分析的边界条件,推导轴承在热力耦合下的应力分布规律,并对某直升机单工况作用下的主减速器圆柱滚子轴承给出疲劳寿命评估,评估表明与试验值误差仅为11.61%。研究结果表明,该疲劳寿命模型综合考虑热应力和结构应力的影响,是一种安全、有效的疲劳寿命估算方法。     

随机载荷作用下结构低周疲劳可靠性研究

将影响结构低周疲劳寿命的不确定因素视为随机变量,基于可靠性分析理论,从概率论和数理统计的角度出发对随机载荷作用下的结构低周疲劳进行了可靠性分析.利用Neuber法得到低周疲劳结构的随机应力和应变响应.将随机载荷作用下的结构低周疲劳表示为材料参数、结构尺寸、载荷等随机变量的函数,并推导出了功能函数对随机变量偏导的表达式.算例显示了该方法的有效性和适用性.     

基于临界面法及应变路径多轴疲劳寿命预测模型概述

研究国内外多轴低周疲劳寿命评估方法,归纳了基于临界面法及应变路径的多轴疲劳寿命评估模型,比较了其优劣及适用性。目前多轴疲劳寿命的预测主要是针对一种或少量几种材料而提出的经验或半经验的公式,当这些公式用于其他材料时,常常不能得到令人满意的结果。多轴疲劳问题十分复杂,目前的研究主要是在等温、常幅载荷条件下开展,对承受高温、变温、变幅和随机多轴载荷作用下的研究则相对较少。此外,若考虑材料缺口影响、尺寸影响、载荷、表面的粗糙度、残余应力应变等因素,其研究更加复杂,当前对于多轴疲劳的研究热衷于建立寿命预测模型,开展相关疲劳试验,很少深入研究对其微观机理。因此,多轴疲劳问题仍需进一步深入研究。     

汽车车轮疲劳寿命预测方法的研究

根据疲劳寿命预测理论 ,建立 14× 5 .5J车轮受力危险点的疲劳寿命曲线。以车轮弯曲疲劳试验和有限元分析数据为基本参数 ,采用名义应力法和局部应力—应变法中的莫罗修正公式和史密斯修正公式 ,对 14× 5 .5J车轮分别在等幅载荷和载荷谱作用下进行疲劳寿命预测。运用可靠性理论 ,分别对等幅载荷和载荷谱作用下计算出来的疲劳寿命进行可靠度分析。结果表明 ,名义应力法和史密斯修正公式预测汽车车轮疲劳寿命具有较高的可靠性     

考虑疲劳本构随机性的结构应力疲劳可靠性分析方法

提出考虑疲劳本构关系随机性的结构应力疲劳可靠性分析方法。视循环本构模型的材料常数为相关随机变量,考虑存活概率和置信度2个概率测度,与疲劳试验有机结合,应用极大似然原理建立随机疲劳本构的概率模型。随机疲劳强度即概率S－N关系也用2个概率测度下表征,并考虑从中短到长寿命阶段的可能工程实践范围。基于载荷史服从疲劳本构关系产生随机应力载荷、给定寿命时概率S－N关系揭示结构强度分布的观点,建立随机应力载荷—强度干涉可靠性分析模型,可实现任意概率水平的可靠性寿命预测和可靠度评定。中国铁路货车RD2型车轴的可靠性寿命预测和可靠性评定,说明了方法的有效性。     

基于材料非稳态疲劳损伤过程的可靠性分析智能化仿真方法

材料的疲劳损伤受诸多因素的影响 ,是一个非稳态过程 ,其瞬态损伤与材料性能、载荷应力间表现为复杂的非线性映射关系 ,难以用确定性的数学函数准确表达。为此摒弃了能量均匀耗散及线性累积损伤理论假设 ,采用神经网络技术进行描述 ,准确反映了材料疲劳损伤真实演变过程 ;建立了疲劳失效动态准则 ,综合考虑了材料疲劳性能及载荷的随机性 ,能够正确反映两者的个体性能及相互关系 ,并运用离散事件仿真原理 ,构造了材料疲劳可靠性分析和智能化仿真系统 ,用以准确地进行随机载荷的疲劳寿命可靠性分析。经正火 35钢随机载荷疲劳试验验证 ,其可靠性分析精度较高。     

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。     

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。     

混凝土搅拌车副车架多轴疲劳分析

以CAE技术为基础,对某厂13方混凝土搅拌运输车的副车架结构进行多轴疲劳分析。为了能够准确预测车架结构的疲劳寿命,采用有限元分析和多体动力学相结合的方法。在有限元软件ANSYS中建立了车架的有限元模型并进行强度分析;通过多体动力学模型仿真整车在B级路面的随机激励下的运动状态,提取钢板弹簧与车架连接位置的载荷历程;并在此基础上根据车架材料的疲劳性能数据和合适的疲劳损伤模型利用疲劳分析软件FE-Safe进行了车架的多轴疲劳分析,得到了车架的疲劳寿命分布情况以及容易发生疲劳失效的位置。分析结果与路试结果对比表明,该方法可在设计阶段有效预估汽车关键零部件在非比例载荷作用下的疲劳寿命。     

考虑失效模式相关性和载荷作用次数的零件可靠性分析

机械零部件在实际工作过程中一般存在多种失效模式,且这些失效模式之间具有一定相关性。另外,机械零部件所承受的载荷也不是固定不变的,常常具有随机性和多次重复性特点。根据随机载荷作用统计学意义,在对零件各失效模式未作相互独立假设情况下,引入条件可靠度,运用"应力—强度"干涉理论建立了多种失效模式相关下的零件可靠性模型;然后在此基础上,考虑载荷作用次数对零件可靠性的影响,并运用顺序统计理论,建立载荷多次作用下的零件可靠性模型;最后,运用Monte Carlo模拟方法对载荷多次作用下的零件可靠性模型进行仿真实验,总结了载荷作用次数对零件可靠度的影响规律。结果表明,零件可靠度随载荷作用次数增加会呈现逐渐下降趋势;载荷作用次数不变时,零件失效模式数越多,零件可靠度越低。     

随机载荷作用下的零件动态可靠性模型

运用顺序统计量和概率微分方程建立随机载荷作用下的零件动态可靠性模型,并研究零件可靠度和失效率随时间的变化规律。首先,分析随机载荷多次作用时零件的失效过程,从载荷作用的统计学意义出发,运用顺序统计量建立随机载荷多次作用时等效载荷的累积分布函数和概率密度函数。进一步,根据应力—强度干涉理论建立载荷多次作用下的零件可靠性模型。运用泊松随机过程描述载荷的作用过程,分别建立强度不退化和强度退化时的零件动态可靠性模型。研究表明,强度不退化或退化不明显时,零件的可靠度随时间逐渐降低,失效率随时间逐渐减小;考虑强度退化或强度退化明显时,零件的可靠度随时间逐渐降低且较为明显,失效率具有“浴盆”曲线的全部特征。     

基于连续损伤模型橡胶弹性减振元件疲劳寿命分析

基于连续介质损伤力学理论研究橡胶类材料疲劳寿命预测方法,用一阶Ogden应变能函数导出橡胶材料疲劳损伤演化方程,建立以等效应变范围为损伤参量的疲劳寿命预测模型。拟合橡胶材料无切口试样拉伸试验应力应变数据,获得橡胶超弹材料Ogden本构模型参数,通过有限元结构分析得出转臂橡胶球铰在疲劳载荷工况下的主应力分布。应用橡胶超弹材料等效应力计算法则与橡胶材料无切口拉伸试验应力应变数据,提出复杂应力状态下橡胶弹性减振元件等效应变范围计算方法,得出转臂橡胶球铰的等效应变范围。利用所建疲劳寿命模型对橡胶球铰进行寿命分析预测,并通过转臂橡胶球铰台架疲劳试验进行验证,结果显示试验疲劳寿命是预测疲劳寿命的1.96倍,预测精度比较理想。