疲劳损伤

摘要： 背景:腰椎间盘突出症是临床上引起腰痛的主要原因,发病原因十分复杂,长期力学负荷的积累和突然超负荷损伤通常被认为是主要病因。椎间盘突出大多受到其力学状态改变的影响,因此需要对腰椎间盘整体和内部的应力/应变特性进行研究,从而为腰椎间盘突出的预防和治疗提出指导。目的:通过体外实验多角度讨论椎间盘的疲劳特性和破裂机制。方法:实验采用当地屠宰4-6 h的新鲜绵羊腰椎,用其制作的椎间盘样本被用于不同实验。疲劳实验中,探索轻度破裂和疲劳应力对椎间盘疲劳特性的影响。在内部位移和载荷分布实验中,通过应用优化的数字图像相关技术来测试椎间盘加载过程的内部位移分布,应用布拉格光纤光栅技术测量椎间盘加载过程的内部载荷分布。结果与结论:①对于正常及早期破裂腰椎间盘,疲劳前后的破裂应力-应变曲线均呈现出多段特性,主要由4个阶段组成:趾部阶段、线性阶段、屈服阶段和破裂阶段;②正常腰椎间盘的趾部阶段非常明显,而早期破裂腰椎间盘的趾部阶段几乎消失;对于正常和早期破裂腰椎间盘,疲劳后的弹性模量均略大于疲劳前的弹性模量;对于正常腰椎间盘,疲劳后的比例极限大于疲劳前;对于早期破裂腰椎间盘,疲劳后的比例极限小于疲劳前;对于正常腰椎间盘,疲劳后的屈服应力大于疲劳前;对于早期破裂腰椎间盘,疲劳后的屈服应力小于疲劳前;③腹侧纤维环应力<背侧纤维环应力;在背侧区域,外层纤维环应力<内层纤维环应力;而腹侧区域呈现相反规律;④含损伤因子的损伤本构模型可以很好地拟合椎间盘损伤的力学特性,实验结果对预防日常生活中的腰椎间盘突出具有理论上的指导意义。

摘要： 为了解决深水钻井隔水管裂纹、磨损、疲劳损伤等检测难题,基于磁记忆检测技术研制1种内检测器。其主要结构包括:数据采集腔,周向布置的60路GMR高灵敏度传感器,导向支撑轮,吊装牵拉钩等。该设备可以在不拆卸浮力块的情况下完成隔水管内壁的覆盖式扫查。结果表明:检测器具备较高的可靠性,操作简单、检测效率高;检测数据可以有效反映隔水管局部损伤、应力集中异常并对其实现精准定位,为判断隔水管早期损伤提供基础;实现深水钻井隔水管缺陷和疲劳状态的易检测、早预警,解决现场检测难题,具备良好的应用前景。

摘要： 加速随机振动试验是目前物流过程中运输包装损伤和安全性评价的重要技术手段,通过提高振动等级压缩测试时间,省时高效,减少运输包装系统优化设计周期,包括四部分:实际物流车辆振动信号的采集与分析、实验室信号模拟与再现、运输包装振动疲劳损伤与寿命评估、加速随机振动试验理论与方法。从以上四方面进行综述,总结了实际车辆振动信号统计特征和影响因素、信号模拟方法及特点,阐述了振动疲劳理论与运输包装损伤研究进展,分析了目前加速随机振动试验研究现状和不足,讨论了目前该研究领域尚未解决的问题,指出了进一步的研究方向。

摘要： 针对目前1万t重载组合列车纵向载荷谱外推缺少载荷-次数数理统计表征的问题,采用基于核密度估计的非参数统计方法,克服载荷均值和幅值不遵循概率分布的特点.根据疲劳累积损伤理论,建立不同外推概率下,1万t重载组合列车纵向拉伸载荷-次数-损伤和压缩载荷-次数-损伤的关系,以此实现不同概率下拉伸载荷谱和压缩载荷谱的非参数统计外推.在保证损伤一致性的条件下,根据实际应用情况,实现外推载荷谱的等效变换.通过1万t重载组合列车纵向载荷谱外推的结果表明:结构疲劳损伤随谱级载荷的增加呈指数式变化,且随着外推概率的变化,其差异性较明显,而不同外推概率下小载荷区载荷所造成的损伤差异性较小.

摘要： 针对运营期高铁隧道衬砌结构在飞机降落冲击荷载作用下的动力响应规律及疲劳损伤问题,以成自高铁下穿天府机场东二跑道区间隧道为工程背景,采用有限元分析的方法研究隧道动力响应及疲劳损伤规律。结果表明:B747-400型飞机在粗暴着陆后0.05 s时刻动力载荷达到最大值,约为500 kN;在单次粗暴着陆工况下,拱顶位移和受力最大,位移最大峰值为1.58 mm,拉应力最大峰值为437.79 kPa,压应力最大峰值为556.24 kPa,衬砌结构未出现塑性损伤;飞机荷载长期作用下,随着循环次数的增加,结构损伤部位和程度也随之增加,拱顶损伤最突出,其次为边墙,隧道衬砌在上方飞机长期粗暴着陆作用下的疲劳寿命大致为25 a。

摘要： 研究锆−钛−钢复合板在对称和非对称应力控制下的低周疲劳行为,详细讨论平均应力和应力幅值对循环变形、棘轮效应和损伤机理的影响。结果表明,在对称应力控制下,观察到正向棘轮变形;在非对称应力控制下,棘轮应变随平均应力和应力幅值的增加而快速增加;在高应力幅值下,平均应力影响更为显著。此外,通过研究应变能密度,发现应力幅值主要促进疲劳损伤,而平均应力则导致棘轮损伤。另外,通过断口观察可以看出,裂纹萌生于界面处的脆性金属化合物中,且钢材抗裂纹扩展的阻力更高。最后,详细讨论考虑棘轮效应的寿命预测模型精度,并提出一种直接基于平均应力和应力幅值的高精度寿命预测模型。

摘要： 为提高橡胶水泥基材料的承载能力和抗疲劳性能,对普通橡胶砂浆(N-RCM)和碳纤维增强聚合物(CFRP)材料约束型橡胶砂浆(C-RCM)进行了增幅型循环加-卸载试验,并从荷载-变形曲线、破坏状态、变形、模量以及能量等方面对比分析了两种试件在试验过程中的疲劳损伤演化特征。结果表明,与N-RCM相比,C-RCM具有非常好的韧性和延性,在峰值荷载和峰值变形两个方面分别提高了1.38倍、2.47倍。N-RCM表现出材料较为常规的剪切破坏,而C-RCM却表现出材料大量蓄能后的瞬时膨胀爆炸破坏。与N-RCM相比,C-RCM加、卸载变形模量的最大值分别对应提高了42.32%和26.19%;C-RCM的弹性能和累积损伤能分别提高了4.97倍、45.57倍,表明CFRP可以显著提高橡胶砂浆材料的储能和耗能能力。N-RCM的疲劳损伤增长速率显著大于C-RCM,说明CFRP对促进橡胶砂浆材料通过增大疲劳屈服过程来充分发挥结构抗力起到关键作用,有效延缓了疲劳损伤的发展。最后,分析讨论了N-RCM和C-RCM在断裂破坏机理方面的差异。

摘要： 火电机组经交流串补线路送出存在次同步谐振风险,特别是当送出系统机组台数多、线路回数多时,次同步谐振问题会更复杂。针对陕北煤电基地交流串补送出系统的次同步谐振问题,以府谷电厂4台机组为研究对象,从机组并网次同步的稳定性和机组轴系的疲劳损耗2个维度出发,采用频率扫描法和时域仿真法对各种运行方式下府谷电厂机组的机组次同步谐振问题进行分析研究,根据机组次同步谐振时域仿真的具体情况,最终从稳定性和疲劳损伤两方面评估府谷电厂次同步谐振的问题严重程度。

摘要： 航天飞行器管路结构在随机振动载荷作用下产生疲劳损伤,可能导致管路焊接结构的疲劳失效,影响飞行器正常飞行。为此,开展飞行器管路焊接结构的疲劳损伤分析研究。首先建立管路结构的有限元模型,并通过计算模态分析和试验模态分析验证模型的准确性;然后考虑材料疲劳特性的离散性,推导焊接材料的P-S-N曲线以及疲劳损伤的计算表达式;随后采用结构应力法开展复杂管路焊接结构的疲劳损伤分析,确定其薄弱环节的中位疲劳寿命为5.23×10^(4) s;进一步采用概率分析方法得到管路焊接结构疲劳寿命与可靠度的关系。以上研究结果可为管路及整体结构的可靠性设计提供支撑。

摘要： 风电机组疲劳损伤程度通常采用疲劳载荷进行判断。疲劳载荷是工程中用于快速评估机组疲劳安全性的一项重要指标,反映的是力或力矩循环次数和振动幅值的综合效果。工程中通常采用雨流统计法对风电机组关键位置的力矩时间序列进行处理,采用Miner准则对风电机组服役周期内的疲劳损伤进行累积,最后通过材料S-N疲劳寿命曲线判断机组的安全性。常见的风电机组疲劳载荷包含叶根坐标系、静止轮毂坐标系、旋转轮毂坐标系、塔顶坐标系和塔底坐标系下的力矩疲劳载荷。

摘要： 本文根据车辆装备特点,论述了车辆装备开展结构疲劳分析的重要意义,并重点阐述了车辆装备适用的疲劳损伤评估方法.本文选取副车架作为典型结构,对其进行了疲劳寿命分析,对车辆装备结构疲劳寿命评估方法进行了验证.

摘要： 氯离子引起的钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的重要因素之一.沿海地区的钢筋混凝土桥梁结构,通常受到疲劳荷载和氯腐蚀的综合作用.实验室模拟沿海环境下钢筋混凝土桥梁结构的实际工作状态,选择疲劳荷载上限与疲劳加载次数表征钢筋混凝土梁的初始疲劳损伤程度,疲劳荷载上限分别取0.0Pu、0.2Pu、0.3Pu、0.4Pu(Pu为RC梁的静力极限荷载),疲劳加载次数分别取20万次、40万次、80万次和120万次,经历干湿比为7:1的海水干湿循环180天,测定受拉区和受压区混凝土的氯离子含量,分析其规律.试验结果表明,疲劳损伤RC梁受拉区和受压区混凝土氯离子含量明显高于未损伤RC梁.当疲劳荷载上限不大于0.3Pu时,受拉混凝土氯含量随荷载上限的增加而增加;当荷载上限为0.4Pu且加载次数不大于80万次时,受拉混凝土氯含量随疲劳加载次数的增加而增加.受压区混凝土氯含量随荷载上限变化规律不明显,但随疲劳加载次数的增加而增加.

摘要： 湿热环境对复杂复合材料结构疲劳性能影响显著.本文首先总结了近些年来渐进疲劳损伤方法的研究进展,进一步详细介绍了一种考虑湿热影响的复杂复合材料结构渐进疲劳损伤方法,并给出了采用该方法进行复杂复合材料结构疲劳失效分析的流程.该方法考虑湿热环境对复杂复合材料结构多尺度、多层面的影响,采用归一化模型预测任意湿热工况下的复合材料基本材料性能,并对渐进疲劳损伤模型中的应力分析模型、材料性能退化模型等相关模块进行了修正,能够准确评估湿热环境对复杂复合材料结构疲劳性能的影响.

摘要： 叶片作为风力发电机组最重要的零部件,其层铺褶皱缺陷引起的结构损伤是造成风电场叶片运行事故的重要原因之一.本文从褶皱所在叶片位置的特征对褶皱进行了分类描述,并对近期的研究结果进行了总结,需要指出的是,由于层铺褶皱发生的原因比较复杂,本文仅针对一些典型表象进行探讨,不能完全覆盖叶片层铺褶皱的特点.褶皱是用于叶片层铺织物中的纤维束，集中、较大弯曲的宏观表现，是在制造过程中产生的，多数发生在叶片形状变化最剧烈的地方。沿主纤维方向施加应力的层铺会大幅度减小单向织物褶皱的发生率，三轴布层铺变形能力最差，也最容易产生方向不确定的褶皱。褶皱是复合材料结构件中一种较为常见的缺陷，它的危害与铺层的位置、层数，褶皱的跨距、方向、长度，以及织物的编织特征等都紧密相关，目前用高宽比来表达和判断的常规做法需要进一步优化和完善。虽然通过设计较大的结构裕度可以有效地降低褶皱引起的疲劳损伤，但考虑到成本的压力，应该在叶片设计制造的所有环节通过更精细的工作来降低褶皱产生的概率，以此来避免运行疲劳导致褶皱附近形成应力裂纹对叶片的伤害。

摘要： 在混合气候地区,研究良态风和台风作用下的桥梁失效机理具有重要的理论意义和工程价值.采用谐波叠加法分别模拟建设场地处的良态风和台风风场,针对浙江舟山某跨海斜拉桥分别进行良态风和台风风场下主梁和斜拉索的抖振分析.结果显示,台风作用下桥梁的位移风振系数比良态风下的位移风振系数大,台风作用下的斜拉索疲劳损伤远大于良态风下的疲劳损伤.斜拉索疲劳损伤对风速十分敏感,随风速增大疲劳损伤显著增大.

摘要： 利用轮轨滚动磨损与接触疲劳试验机模拟D2车轮材质在室温及-20°C、-40°C低温环境下车轮的实际运行工况.研究选取中国动车车轮D2材质与U71MnG钢轨材质,通过重量比较、宏观形貌、化学分析、硬度测试、金相检验和断口分析等方法,比较车轮在常温及低温环境下车轮材料的滚动磨损率、表面疲劳损伤及断面塑性变形情况.结果表明:低温环境条件下车轮材料磨损量明显增大,且随温度的降低,车轮表面疲劳损伤加剧,剖面裂纹扩展严重,材料的抗接触疲劳性能下降.

摘要： 不同应力状态下水泥稳定碎石强度试验，不同应力状态下疲劳损伤特性研究，不同应力状态下疲劳特性的标准化，区间参数形式的标准化疲劳方程。

摘要： 本文对某轿车车身进行疲劳仿真.在强化路面上实车采集道路载荷谱,再通过多体动力学模型进行虚拟迭代,得到车身各接附点的载荷历程.建立车身有限元模型,用模态叠加法计算车身的瞬态响应,并利用模态应力恢复法得到车身的动应力.采用S-N方法得到全车身的疲劳损伤分布,在疲劳分析中用临界平面法处理多轴应力,用材料赫氏图进行平均应力修正.

摘要： 钢箱梁的疲劳破坏问题一直是桥梁工程领域的研究热点.本文针对风荷载作用下大跨缆索支撑钢箱梁桥的疲劳破坏问题开展研究,建立了全桥多尺度有限元模型并分析了日常风荷载和台风荷栽下焊接细节的应力特征,深入分析了日常风和台风引起的焊接细节疲劳累积损伤,讨论了风荷载的变异性对焊接细节疲劳性能的影响.研究结果表明,本文建立的全桥多尺度有限元模型能准确模拟焊接细节的风致抖振引起的应力.无论是日常风荷栽还是台风荷栽作用,两类作用下焊接细节的应力均表现出很强的随机性,不同时刻的应力幅值相差巨大,采用长期的分析结果才能可靠评估焊接细节的风致疲劳损伤;台风荷栽下焊接细节的应力水平明显高于日常风荷栽下焊接细节的应力水平;日常风荷载作用时间长,台风荷载引起的应力水平高,因此,两种风荷载对焊接细节的疲劳性能都有较大的影响.

摘要： 针对现有车辆零部件疲劳验证成本高、周期长及无法提前验证的问题,提出基于车辆零部件的实测载荷谱,利用局部应力应变法(ε-N)分析车辆零部件的疲劳损伤,对零部件的疲劳特性进行提前验证.本文针对某车型驻车拉锁左、右支架断裂故障,通过采集支架整改前、后状态下实测载荷谱,运用局部应力应变法分析疲劳损伤差异.结果表明,整改后的驻车拉锁左、右支架的疲劳寿命均显著提高.

摘要： 本发明涉及一种疲劳损伤确定方法以及疲劳损伤确定装置。该方法包括获取焊缝的疲劳载荷，并根据所述焊缝所处的初始截面高度和所述初始等效疲劳载荷求出拟合函数的拟合参数；基于所述拟合参数和检测位置的截面高度，计算所述检测位置的等效疲劳载荷，并基于所述检测位置的所述等效疲劳载荷、塔架截面的抗弯模量以及SN曲线斜率的倒数，计算所述检测位置的累积疲劳损伤值。根据本发明，可以实现快速地确定塔架任意截面位置的疲劳损伤程度。

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： 本发明提供了一种考虑多级疲劳损伤的编织陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线的预测方法，属于复合材料疲劳迟滞回线预测方法技术领域。本发明根据剪滞模型以及滑移作用机理分析编织陶瓷基复合材料在多级疲劳载荷条件下的细观应力场，获得多级疲劳载荷条件下的卸载纤维轴向应力分布方程以及重新加载条件下的纤维轴向应力分布方程，根据断裂力学界面脱粘准则获得多级疲劳载荷条件下的界面脱粘长度方程、卸载界面反向滑移长度方程和重新加载新界面脱粘长度方程，基于陶瓷基复合材料受损区域的应力‑应变关系方程，预测编织陶瓷基复合材料多级疲劳载荷条件下的迟滞回线。

摘要： 本发明公开了一种基于非线性疲劳损伤累积理论的构件疲劳寿命评估方法，其包括采用有限元分析模型对构件在至少一个工况下进行应力分析，并选取应力值大于设定应力的区域作为该工况的危险分析区域；采用构件在一次任务中的载荷施加于有限元分析模型中进行仿真，得到危险分析区域中应力、应变的最大值与最小值；根据危险分析区域中应力的最大值与最小值，计算每个工况的等效应力；根据危险分析区域中应变的最大值和最小值，预测构件在每个工况下的疲劳寿命预测值；根据每个工况下的等效应力和疲劳寿命预测值，计算构件在应力谱下的疲劳累积损伤；根据疲劳累积损伤，计算构件的疲劳寿命。

摘要： 本发明涉及一种疲劳损伤确定方法以及疲劳损伤确定装置。该方法包括获取焊缝的疲劳载荷，并根据所述焊缝所处的初始截面高度和所述初始等效疲劳载荷求出拟合函数的拟合参数；基于所述拟合参数和检测位置的截面高度，计算所述检测位置的等效疲劳载荷，并基于所述检测位置的所述等效疲劳载荷、塔架截面的抗弯模量以及SN曲线斜率的倒数，计算所述检测位置的累积疲劳损伤值。根据本发明，可以实现快速地确定塔架任意截面位置的疲劳损伤程度。

摘要： 本发明涉及一种融合时域分析和疲劳分析的塔吊结构疲劳损伤确定方法，包括如下步骤：采用现有时域化模拟和塔吊模型获取塔吊风荷载数据；将塔吊风荷载数据随机作用在塔吊结构的受力节点上得到节点荷载，并构建塔吊结构在随机风荷载作用下的初始动力平衡方程；计算初始动力平衡方程在t+Δt时域范围内的动力平衡方程，并得到每个塔吊附着杆在风荷载下的应力时程曲线；根据应力时程曲线的波动情况选取关键杆件并计算每个关键杆件的相关参数；根据S‑N曲线处理应力幅值得到循环次数N；最后计算累计疲劳损伤值，通过累计疲劳损伤值确定塔吊结构的疲劳损伤程度。本发明可以更准确的反映塔吊结构的真实性能同时可以准确的评估塔吊结构的疲劳损伤程度。

摘要： 本发明公开了一种基于多尺度疲劳损伤演化模型的疲劳寿命预测方法，该方法通过构建多尺度疲劳损伤演化模型，计算焊接接头的短裂纹形核周期和短裂纹扩展周期，以演化微观裂纹成核和扩展的过程，并结合长裂纹扩展周期得到宏观裂纹的演化过程，从而预测焊接接头裂纹的扩展速率和疲劳寿命，使得结果与实验数据更加相符，提高疲劳寿命预测的准确性。

摘要： 本发明公开了基于疲劳损伤熵熵产速率焊接接头疲劳极限快速预测方法，利用对接接头试件在PLG‑200高频疲劳试验机上进行疲劳试验，疲劳试验过程中对接接头的温升测量，建立对接接头累积疲劳损伤熵模型，基于累积损伤熵熵产速率的焊接接头疲劳极限快速预测数学模型初步建立，获取两线性拟合函数之间的交点，利用升降法对焊接接头进行预测得到疲劳极限试验值；将疲劳极限预测值与疲劳极限试验值进行比较，得到误差值。本发明建立累积疲劳损伤熵熵产速率和疲劳极限二者之间的函数关系，并找到累积疲劳损伤熵熵产速率随载荷水平变化程度的转折点，并以此转折点作为疲劳极限的预测值，以期实现从疲劳损伤熵熵产速率角度快速预测疲劳极限。

摘要： 本发明提供了一种考虑多级疲劳损伤的编织陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线的预测方法，属于复合材料疲劳迟滞回线预测方法技术领域。本发明根据剪滞模型以及滑移作用机理分析编织陶瓷基复合材料在多级疲劳载荷条件下的细观应力场，获得多级疲劳载荷条件下的卸载纤维轴向应力分布方程以及重新加载条件下的纤维轴向应力分布方程，根据断裂力学界面脱粘准则获得多级疲劳载荷条件下的界面脱粘长度方程、卸载界面反向滑移长度方程和重新加载新界面脱粘长度方程，基于陶瓷基复合材料受损区域的应力‑应变关系方程，预测编织陶瓷基复合材料多级疲劳载荷条件下的迟滞回线。

摘要： 公开了水下井口疲劳热点处的疲劳损伤评估方法及监测评估系统。该方法包括：根据DNV标准，建立水下井口有限元局部模型；获取模拟固定点和模拟BOP固有频率；获取监测固定点和监测BOP固有频率；对比；对井下水口有限元局部模型进行校正；根据校正后的水下井口有限元局部模型施加弯矩载荷，模拟得到水下井口疲劳热点处的弯矩应力曲线；获取水下井口疲劳热点处在作业周期内的BOP加速度a和角速度ω；通过传递函数，转换为水下井口疲劳热点处的弯矩时程曲线；结合上述两曲线，模拟得到水下井口疲劳热点处的应力时程曲线；根据该应力时程曲线，得到水下井口疲劳热点处的疲劳损伤评估结果。该系统能够辅助实现该方法。其能够提高水下井口疲劳损伤评估精度。