疲劳寿命预测

摘要： 某轨道车辆的一个横向减振器座的焊缝在服役过程中出现了疲劳裂纹.为了找到疲劳开裂的原因,在获得疲劳载荷谱的情况下,分别采用名义应力法、热点应力法以及结构应力法对开裂焊缝进行了疲劳寿命数值仿真计算.数值仿真计算的结果表明,与名义应力和热点应力法相比较,结构应力法的计算结果最符合实际情况,且在焊缝应力集中的识别能力上,结构应力法也明显优于其它两种方法.结合具体的工程实例,进一步讨论了3种方法的本质差异,得出在焊接结构抗疲劳设计的过程中,结构应力法最值得在应用中普遍推广.

摘要： 纤维增强树脂基复合材料(Fiber reinforced plastic,FRP)具有强度高、密度低、抗疲劳、可设计性强等优点,自被开发以后便迅速在航空航天等现代工程领域得到广泛应用。随着对FRP失效机理研究的深入及工程设计水平的提高,工程中FRP材料的设计许用值逐渐提高,FRP材料的疲劳问题变得不容忽视。尤其是高铁、飞机结构中的FRP材料,常常由于气动原因承受着高频振动载荷,从而引发FRP材料的超高周疲劳(Very high cycle fatigue,VHCF)失效问题。对FRP材料的超高周疲劳问题的研究主要分为四个方面:(1)FRP超高周疲劳试验方法;(2)FRP超高周疲劳损伤机理;(3)FRP超高周疲劳性能曲线特征;(4)FRP超高周疲劳寿命预测方法。其中疲劳试验方法为研究提供基本试验数据,是所有研究中最基础的部分。FRP超高周疲劳试验技术主要沿用金属材料的超高周疲劳试验方法,但由于FRP材料阻尼大、导热性差且对温度敏感,难以直接提高试验的加载频率。目前,主要采用减小试验件厚度、间歇加载以及强制冷却等手段来控制试验件温度,从而提高加载频率,缩短FRP超高周疲劳试验时间。超高周疲劳与常规疲劳的本质差别在于疲劳损伤机理的差异。超高周疲劳载荷下,FRP材料的基体裂纹损伤可能转变为局部点蚀,并且分层损伤可能先于基体裂纹萌生,这与典型的“三阶段”损伤演化过程有所不同。超高周疲劳载荷下,FRP材料的S-N曲线也表现出三种不同形式,分别对应存在疲劳极限、疲劳强度持续下降以及疲劳强度阶梯式下降三种情况。FRP超高周疲劳寿命预测方法主要沿用FRP常规疲劳寿命预测方法,其中基体裂纹密度方法可以降低对超高周试验数据的依赖程度。目前对FRP超高周疲劳损伤演化及性能曲线等问题的研究停留在对试验结果的观察阶段,缺乏系统的总结与研究。本文回顾了FRP材料超高周疲劳问题的研究进展,对FRP超高周疲劳研究的四个方面的内容进行了详细介绍。通过对现有研究成果进行对比分析,提出了FRP超高周疲劳需要深入研究的问题。

摘要： 防弯器是嵌套于脐带缆端部的关键附件,其主要作用是防止脐带缆发生过度弯曲变形。由于海洋环境荷载和浮体的边界运动作用,脐带缆防弯器段往往承受拉弯交变载荷,在长期作用下会产生疲劳破坏。现有研究往往聚焦于脐带缆自身结构的疲劳损伤,而对于防弯器结构疲劳性能分析较少。文中考虑两者之间的滑动摩擦和几何非线性等因素,建立脐带缆防弯器段的有限元模型。进而,通过整体水动力分析获得张力载荷时程曲线。最后,基于Fe-safe疲劳寿命软件建立预测防弯器的服役寿命方法。通过该方法得出在服役时脐带缆和防弯器均满足使用年限要求和脐带缆首先破坏的结论。该方法可为防弯器的分析设计具有一定的指导意义。

摘要： 以发动机消音器焊接支架为例,探讨发动机焊接结构的疲劳评估方法。采用惯性释放法和发动机多体动力学方法,以结构应力法为基础,根据焊根和焊趾的缺口系数计算焊接接头的缺口应力,建立基于准静态多通道疲劳分析法的焊接结构疲劳评估方法,并进行仿真和市场验证。结果表明,该方法在市场验证和跟踪中表现良好,可实现载荷输入、应力求解、焊缝识别和疲劳分析与评估的流程化作业,在产品设计初期预测焊接结构的疲劳寿命。

摘要： 本文基于相似结构的疲劳试验结果,结合相关疲劳理论和有限元仿真计算结果,对接头的应力分布进行了有限元计算,提出了一种基于有限元分析结果反演疲劳寿命的预测方法。基于该方法,开展了重要接头的寿命评估,试验验证结果表明该预测方法能够准确地预测接头的疲劳寿命,对直升机结构疲劳设计具有重要的工程指导意义。

摘要： 本文对含隧道缺陷的铝合金搅拌摩擦焊(FSW)搭接试件进行恒幅疲劳测试,并对接头断裂位置进行了观测,分析隧道缺陷对于铝合金FSW搭接接头疲劳强度的影响。分别采用缺口应力法和线弹性断裂力学法建立了相应有限元模型,分析了模型应力集中区域的应力变化,利用有限元应力分析结果数据预测接头疲劳寿命。结果表明,两种方法都可以用来预测含隧道缺陷铝合金FSW焊件的疲劳寿命,缺口应力法预测结果与实验结果较为接近,线弹性断裂力学法预测结果较为保守。实验结果及有限元分析结果表明,在本试验中隧道缺陷对疲劳强度影响较小,钩状缺陷对疲劳强度影响较大。

摘要： 钙铝酸盐类夹杂物是轴承钢中常见的夹杂物,该类夹杂物对疲劳性能的影响十分突出。由于钙铝酸盐类夹杂物成分较为复杂,不同成分钙铝酸盐的物理性质和机械性能有所差异,进而导致其对疲劳性能具有不同的影响。本研究以微观结构疲劳寿命预测模型为基础,引入三类典型的钙铝酸盐类夹杂物:CaO·Al_(2)O_(3),12CaO·7Al_(2)O_(3)和3CaO·Al_(2)O_(3),解析其对疲劳寿命的不同影响。结果表明:相对3CaO·Al_(2)O_(3)和CaO·Al_(2)O_(3)两类夹杂物,12CaO·7Al_(2)O_(3)类夹杂物对疲劳性能影响最小,包含20μm的球型12CaO·7Al_(2)O_(3)类夹杂物的马氏体轴承钢疲劳寿命可达3.5×10^(7)周次。

摘要： 针对汽轮机转子轮盘的受力特点,以非对称载荷下材料的瞬态应力应变响应为基础,在内变量理论框架下,建立起某型汽轮机轮盘材料的率无关循环塑性本构模型;并结合局部应力应变法,进一步建立了基于混合硬化本构模型(N-5L1)描述平均应力松弛行为的汽轮机轮盘榫槽疲劳寿命预测方法。通过与实验结果相比较,表明混合硬化本构模型能够较好地模拟脉动加载下转子轮盘材料的循环应力应变响应及平均应力松弛行为,由此建立的寿命预测方法可对轮盘榫槽进行较为准确的疲劳寿命预测(与试验寿命误差总体落在1.5倍分散带以内),明显优于基于平均应力松弛经验公式的疲劳寿命预测值。

摘要： 为研究机动车行车动荷载对地下综合管廊的影响,以厦门市某浅埋综合管廊为依托,通过建立机动车荷载-土体-管廊结构数值分析模型,结合现场实测数据,研究机动车动荷载在地基中的传递规律及对综合管廊的影响特征,然后以管廊的跨度、埋深、断面舱数、地质条件和行车动荷载大小等为主要参数,进行综合管廊振动影响特征的参数敏感性分析;最后进行机动车荷载下管廊疲劳寿命的预测。研究结果表明:实测表明管廊在拱顶的振动速度比侧墙位置的振动速度大,振动峰值达0.041 cm/s,振动主频为11.3 Hz,根据实测结果确定计算模型的车辆负荷为八轮20 t重型汽车;管廊跨度对振动速度影响较大,跨度越大,其竖向振动速度峰值和波动幅度也越大,当管廊跨度取3、4、5 m时,拱顶竖向振动速度分别为0.007、0.06、0.14 cm/s;车辆移动荷载引起的土体振动速度在路面接触点附近最大,并随着深度的增加不断衰减,同时管廊结构的存在对土体振动速度的传播起到了一定的阻隔作用;地层性质变化时,拱顶小主应力(受拉)和侧墙大主应力(受压)的峰值则随地层土体性质变化而有显著变化,变化幅度达63.5%,可见地层土体性质对管廊结构主应力峰值影响很大。管廊的疲劳破坏主要受拉应力控制,浅埋条件下,管廊埋深越大,拱顶所受拉应力越大,其疲劳寿命不如埋深浅的情况;三舱管廊相对于单舱管廊的寿命要长。论文的成果可供类似工程的设计提供理论参考。

摘要： 针对镁合金焊接结构疲劳强度评估方法不全面的问题,在等效结构应力法的研究基础上,提出了镁合金焊接接头疲劳寿命预测方法。基于200余个包含不同特征的镁合金接头疲劳试验数据,采用有限元数值模拟,计算试件接头焊趾处的等效结构应力。结合ASME标准中对曲线拟合的规范,进行镁合金接头寿命曲线拟合,得出了预测疲劳寿命的常系数C_(d)和h。将拟合结果与铝材的疲劳寿命曲线进行对比,结果表明,镁合金接头在1×10^(7)次循环下的疲劳强度约为31.6 MPa,同等条件下约为铝材疲劳强度的82%。该镁合金接头疲劳寿命预测方法可用于评估镁合金结构疲劳强度是否满足轨道车辆车体结构使用需求。

摘要： 坦克承载零部件的疲劳失效是其主要的失效形式,疲劳寿命的预测一直是装备设计、研制、验证和使用过程中的重要问题之一。本文利用虚拟样机技术,建立履带车辆刚柔体耦合模型,通过在一定任务剖面下车辆虚拟试验,测试其承载零件的载荷谱,结合疲劳寿命分析技术,进行疲劳寿命预测,并给出计算实例,预测的寿命与实际使用情况相符合, 表明文中提出的坦克承载件疲劳寿命预测方法是一种高效、实用的新方法。

摘要： 随着铁道货车轴重的增加和速度的提高,转8A转向架侧架在实际运营中出现了断裂的事故。采用可靠性疲劳寿命预测的方法代替传统的静强度安全因子保证强度裕度的方法,可以比较精确地计算侧架的实际服役寿命,找到疲劳薄弱部位,为侧架的设计提供参考建议。首先通过建立货车的多体系统动力学模型,得到了侧架的载荷-时间历程；采用试验得到的ZG230-450材料疲劳数据,建立了其分段S-N曲线；通过建立了侧架的有限元模型,得到其单位载荷下的应力分布；运用Palmgren-Miner线性损伤理论计算了侧架在不同可靠度下的疲劳寿命,计算结果与试验结果一致。

摘要： 履带车辆是军队重要的武器装备之一,由于试验方法和测试手段的限制,履带车辆装备的构件在设计时采用的静强度理论,无法准确反映其在不同任务工况条件下的动态特性,给构件的寿命预测带来了很大的困难,导致装备构件的实际寿命和设计寿命有较大的差距.本文基于多体动力学分析软件ADMAS.ATV建立了履带车辆的虚拟行驶仿真平台,获得了装备构件行星框架在不同行驶工况下的动态载荷谱,运用MSC.Fatigue软件建立了行星框架的疲劳寿命智能分析设计平台,获得了行星框架在不同工况条件下的疲劳寿命,进而依托此智能分析平台对不同结构的行星框架进行结构的优化设计研究.仿真结果证明对机械装备构件的疲劳寿命预测的可行性,解决了复杂工况条件下履带车辆装备构件结构的寿命难于预测的问题,对机械装备构件的结构智能优化设计做了一定的探索,研究成果可以推广到相关机械领域,具有十分重要的实用意义.

摘要： @@在高温疲劳加载下，即使没有保载阶段，循环加载也不可避免会产生除纯疲劳以外的蠕变氧化等与时间、环境等因素有关的损伤，在这里称纯疲劳以外的损伤称为时间相关损伤。

摘要： 应用ANSA有限元前处理软件,建立某活塞有限元模型,运用有限元软件ABAQUS计算得到活塞温度场及应力场,基于有限元结果,利用FE-Fatigue软件对该活塞进行疲劳寿命预测。经对比,软件预测结果与台架试验吻合。

摘要： 当前机械产品抗疲劳设计和疲劳模拟试验中,所控制的都是危险点的最大应力,没有考虑危险点周围非均匀应力场对构件疲劳寿命的影响,这是导致工程设计准确性不足和一些疲劳模拟试验结果不理想的一个重要原因。本文利用Abaqus有限元软件和FE-Fatigue疲劳分析软件,对含不同缺口形式试件的拉压疲劳寿命进行了数值模拟研究。模拟结果与试验数据进行了对比分析,结果表明采用应力梯度修正算法可以更加准确地预测构件疲劳破坏的危险部位和疲劳寿命。

摘要： 通过分析不同形式缺口试件根部的非均匀应力场分布，在疲劳寿命预测中采用应力梯度修正的方法，利用FE-Fatigue 疲劳分析软件，基于应力梯度修正方法对两组具有不同缺口形式试件的拉压疲劳寿命进行了预测分析。数值计算结果与试验数据的比较说明，采用应力梯度修正方法预测疲劳裂纹的形成寿命，其精度要高于传统的局部应力应变法，并能在一定程度上反映疲劳寿命预测中的尺寸效应。

摘要： 针对航空电子器件连接技术，选择无铅焊点为研究对象。基于Ananad方程和Garofalo-Ahrrhenius方程两种本构模型，针对三种疲劳寿命预测方程，采用有限元法和实验研究计算和分析细间距器件SnAgCu 焊点疲劳寿命。研究结果显示，基于两种模型计算的应力时间历程曲线具有相类似的趋势，基于Ananad方程计算的应力值略大于基于Garofalo-Ahrrhenius方程的计算值。针对三种疲劳寿命预测方程，结合试验研究分析焊点的疲劳寿命。基于Anand方程结合Engelmaier修正的Coffin-Mason方程计算的疲劳寿命和试验研究比较接近，而基于Garofalo-Ahrrhenius方程结合等效蠕变应变和蠕变应变能密度计算的疲劳寿命值高于试验值，说明针对细间距器件无铅焊点可靠性基于等效蠕变应变和蠕变应变能密度的疲劳寿命预测方程需要进一步的修正。

摘要： 将疲劳现象视为存在于一个灰色系统中,提出了运用灰色系统理论.通过建立灰色系统GM(1,1)模型预测构件疲劳寿命的新方法.算例分析的结果表明,此方法使疲劳寿命的预测误差由原来的61.4%减小到24.1%,而且预测结果偏于安全,说明这一方法具有较好的预测精度和工程实用价值.

摘要： 机械零件存在着疲劳寿命问题。通常,对于因为疲劳裂纹扩展产生的应力改变,在外观上几乎没有特征,很难进行检测;即使检测到了裂纹,由于裂纹对于应力改变的影响十分复杂,使用常规方法和手段也很难进行计算。但是这种外观看似无痕的变化,总是以突然断裂破坏的形式发生,其后果十分是严重甚至是致命性的故障。因此,机械零件的寿命问题,因为它的不可知性和致命性而成为一个世界性的难题。本文研究目的主要是对那些存在着疲劳破坏可能的零件进行准确的剩余可靠寿命预测,把过去不可知的,存在着安全隐患的关重件,通过一系列科学的检测与计算,进行有效的预测,提出明确判断数据,从而提高设备的可靠性水平。

摘要： 本发明提供了一种电主轴的多轴疲劳寿命预测方法及疲劳寿命可靠性评估方法，以克服现有技术中单轴疲劳寿命不能反应电主轴实际应用状况的缺陷。所述多轴疲劳寿命预测方法包括：通过有限元分析方法，分析电主轴应力应变状态；根据多轴疲劳准则及所述电主轴的应力应变状态，预测不同准则下的电主轴多轴疲劳寿命。在此基础上，对所述疲劳寿命的单一子样进行数据模拟，获得多组疲劳寿命数据，根据所述多组疲劳寿命数据对疲劳寿命可靠性进行评估。本发明能够在仿真结果的基础上，对单一子样下电主轴疲劳寿命进行评估和可靠性研究，为实际加工生产中主轴疲劳寿命评估提供技术和数据支持，同时为主轴精度寿命评估提供基础数据。

摘要： 一种基于等温疲劳和蠕变疲劳的多轴热机械疲劳寿命预测方法，涉及机械设计疲劳强度领域。该方法的步骤为:(1)找到最大剪切应变幅所在的平面，即临界面；计算等效温度；求解在一个循环下的等温疲劳损伤；通过应力‑应变本构关系或者迟滞回线获取一个稳定循环载荷下的轴向应力‑时间历程和相应的温度‑时间历程并分割成适当的份数，计算每一份蠕变损伤，累加得到一个稳定循环载荷下的蠕变损伤；确定相位角参数后，计算等温疲劳损伤与蠕变损伤之间的交互损伤；累加得到一个循环载荷下的热机械疲劳损伤。结果说明该方法能较好的预测多轴横幅热机械疲劳寿命。

摘要： 本发明公开了一种基于蠕变疲劳损伤累积的变幅多轴热机疲劳寿命预测方法，通过多轴计数方法对拉扭随机变幅的应变‑时间历进行多轴循环计数，并计出所有反复；在0‑180°范围内每隔1°分别寻找每一个反复上的临界面；计算每一个反复的纯疲劳损伤，并将所有反复的损伤线性相加得到一个块载荷的纯疲劳损伤；依据应力‑应变本构关系或者迟滞回线获取一个稳定块载荷下的轴扭应力‑时间历程和温度‑时间历程；把轴向应力‑时间历程和温度‑时间历程分割成适当份数的区间，并确定每一个区间上的蠕变应力和等效温度；将纯疲劳损伤与等效疲劳损伤相加的到加载一个块载荷后的总的损伤，并取其倒数得到其寿命。该方法能较好的预测多轴随机变幅热机械疲劳寿命。

摘要： 本文公开了一种基于疲劳裂纹扩展的疲劳寿命预测方法，属于疲劳寿命预测的技术领域。该方法包括：前处理、迭代求解以及裂纹扩展，可分别借助SESAM，ABAQUS和FRANC 3D平台完成，具体步骤包括：S1模型建模、S2水动力分析、S3结构强度分析、S4三维裂纹扩展区建模、S5裂纹插入及网格更新、S6疲劳特性表征、S7增量计算判断S8终止条件校验、S9服役年限统计。本发明通过应力强度因子传递函数计算对结构的疲劳性能予以表征；首次引入了等效损伤累积率的概念，并将其成功应用于不规则波的简化；实现了从水动力到结构强度乃至裂纹扩展过程中结构内部受力状态的继承和传递；基于子模型和多尺度模型技术，成功开展了实尺度结构与裂纹扩展区的耦合分析。

摘要： 本发明提供了一种电主轴的多轴疲劳寿命预测方法及疲劳寿命可靠性评估方法，以克服现有技术中单轴疲劳寿命不能反应电主轴实际应用状况的缺陷。所述多轴疲劳寿命预测方法包括：通过有限元分析方法，分析电主轴应力应变状态；根据多轴疲劳准则及所述电主轴的应力应变状态，预测不同准则下的电主轴多轴疲劳寿命。在此基础上，对所述疲劳寿命的单一子样进行数据模拟，获得多组疲劳寿命数据，根据所述多组疲劳寿命数据对疲劳寿命可靠性进行评估。本发明能够在仿真结果的基础上，对单一子样下电主轴疲劳寿命进行评估和可靠性研究，为实际加工生产中主轴疲劳寿命评估提供技术和数据支持，同时为主轴精度寿命评估提供基础数据。

摘要： 一种基于等温疲劳和蠕变疲劳的多轴热机械疲劳寿命预测方法，涉及机械设计疲劳强度领域。该方法的步骤为:(1)找到最大剪切应变幅所在的平面，即临界面；计算等效温度；求解在一个循环下的等温疲劳损伤；通过应力‑应变本构关系或者迟滞回线获取一个稳定循环载荷下的轴向应力‑时间历程和相应的温度‑时间历程并分割成适当的份数，计算每一份蠕变损伤，累加得到一个稳定循环载荷下的蠕变损伤；确定相位角参数后，计算等温疲劳损伤与蠕变损伤之间的交互损伤；累加得到一个循环载荷下的热机械疲劳损伤。结果说明该方法能较好的预测多轴横幅热机械疲劳寿命。

摘要： 本发明公开了基于疲劳缺口系数的针刺复合材料疲劳寿命预测方法，涉及复合材料疲劳强度理论领域。针刺长纤维增强针刺复合材料由长纤维层、网胎层(即短切纤维层)、针刺纤维束所组成。本发明的方法包括，缺口结构的名义应力计算、考虑基体孔隙的基体弹性参数计算、长纤维层的弹性参数计算、包含针刺纤维束的代表性体积单元弹性参数计算、基于有限元的缺口应力集中系数计算、建立拉伸缺口系数与应力集中系数的关系、建立疲劳缺口系数与名义应力的关系、借助光滑试件S‑N曲线(应力‑寿命曲线)建立缺口疲劳寿命预测方程。所提出方法具有明确的物理意义，可用于包含缺口的针刺复合材料的疲劳寿命预测。

摘要： 本发明提出了一种基于加速疲劳试验的振动疲劳寿命高精度预测方法，涉及振动疲劳寿命预测技术领域，包括：将分段S‑N曲线拆分为两条独立S‑N曲线，并基于随机振动过程中的应力功率谱密度函数和振动疲劳累积损伤得到两条独立S‑N曲线的完整疲劳损伤；基于假定的S‑N曲线的损伤值计算得到分段S‑N曲线加速后的累积疲劳损伤；基于原始疲劳损伤得到改进逆幂律公式；计算应力概率函数并进行数值分析得到加速比例与加速疲劳寿命的关系曲线；获取加速振动疲劳试验值并对关系曲线进行修正得到原始疲劳寿命；本发明通过建立分段S‑N曲线的改进逆幂律公式并进行修正，获得原始疲劳寿命，解决了分段S‑N曲线材料的加速疲劳寿命预测的问题。

摘要： 本文公开了一种基于疲劳裂纹扩展的疲劳寿命预测方法，属于疲劳寿命预测的技术领域。该方法包括：前处理、迭代求解以及裂纹扩展，可分别借助SESAM，ABAQUS和FRANC 3D平台完成，具体步骤包括：S1模型建模、S2水动力分析、S3结构强度分析、S4三维裂纹扩展区建模、S5裂纹插入及网格更新、S6疲劳特性表征、S7增量计算判断S8终止条件校验、S9服役年限统计。本发明通过应力强度因子传递函数计算对结构的疲劳性能予以表征；首次引入了等效损伤累积率的概念，并将其成功应用于不规则波的简化；实现了从水动力到结构强度乃至裂纹扩展过程中结构内部受力状态的继承和传递；基于子模型和多尺度模型技术，成功开展了实尺度结构与裂纹扩展区的耦合分析。

摘要： 本实用新型公开了一种用钢丝扭转疲劳寿命预测圆柱螺旋弹簧疲劳寿命的装置，包括机台，机台上靠左位置安装有步进电机，钢丝通过钢丝固定件分别与步进电机和导轨固定，钢丝固定件包括固定板，固定板背面位置安装有轴套座，步进电机的传动轴与轴套座传动套接，固定板正面安装有两个固定座，固定座上连接有夹头，两个夹头夹住钢丝的端部形成固定。本实用新型提供一种用钢丝扭转疲劳寿命预测圆柱螺旋弹簧疲劳寿命的装置，结构设置巧妙且布置合理，将钢丝两端分别通过夹头进行固定，然后控制步进电机往复正反转，每次转动设定圈数，达到总扭转圈数后停机通过查看钢丝的疲劳程度即可预测通过此钢丝制成的弹簧的寿命，设备结构简单，操作使用方便。