考虑S-N曲线不确定性的概率疲劳寿命预测

传统的基于S-N曲线的疲劳寿命预测方法均认为寿命预测模型中各参数可通过试验、仿真、拟合等进行确定,即在给定加载环境下,各参数为确定的常数,进而将各参数代入预测模型,得到确定的疲劳寿命值.该类方法认为模型中各参数为确定的常数,属于确定性寿命预测方法.确定性寿命预测方法适用于试验数据充足情况下的疲劳寿命预测和评估.然而,工程实际中,受研发周期的限制,以及可能存在资金短缺和技术上的困难,开展大量试验具有较大的难度.同时,由于试验所采用的试件各有不同,且试验操作、数据读取等依赖于试验设备的精确程度及试验人员的主观判断,这些因素进一步增大了疲劳寿命的不确定性.S-N曲线是材料或结构寿命预测的基础,主要通过大量的疲劳试验和拟合分析得到.受诸多不确定性因素的影响,常幅载荷下的疲劳寿命往往具有不同程度的分散性,从而使得S-N曲线存在不确定性.因此,为实现与实际情况相吻合的寿命预测,需考虑S-N曲线的不确定性.本文对影响焊接接头疲劳寿命的不确定性因素进行概述,将多项式混沌理论引入到疲劳寿命预测中,并结合非线性累积损伤模型,构建考虑S-N曲线不确定性的焊接接头累积损伤模型及概率疲劳寿命预测方法.     

基于样本信息聚集原理的小子样疲劳特性分析

为了对小样本疲劳试验做出指导以及寻求小样本下S-N曲线最优拟合方法，对经典样本信息聚集方法进行了改进。基于不同应力水平下试样疲劳寿命概率分位点的一致性，采用数据共享与融合方法，实现不同应力水平下样本数据信息聚集应用。根据应力■疲劳寿命的线性关系，利用改进后的样本信息聚集方法，对小样本数据中各个应力水平下的疲劳寿命均值进行参数化逐步搜索，得到不同应力水平下疲劳寿命最优值，然后根据最小二乘法拟合出S-N曲线。对不同应力水平作为基准进行了S-N曲线的疲劳特性对比分析，算例结果表明，以低应力水平为基准结合改进后的方法拟合出的曲线与传统成组法拟合结果最大相对误差不到5%,预测出的疲劳寿命误差范围最小。由此可见，改进后的方法提高了小样本疲劳特性分析的可靠性。     

基于动态剩余S-N曲线的线性疲劳寿命预测模型

为估算结构在变幅载荷下的疲劳寿命,在动态剩余S-N曲线的基础上,结合材料的退化规律,对材料受载过程中的累积疲劳损伤进行了量化,提出了一种预测变幅载荷下线性疲劳损伤预测模型。根据热轧16Mn钢和20Cr2Ni4A标准圆柱齿轮多级载荷下疲劳寿命试验数据,对提出模型的疲劳寿命预测能力进行了验证。结果表明：基于强度退化的线性疲劳寿命预测模型相对传统Miner法则和材料记忆退化累积模型的预测结果更接近试验结果,具有较高的预测精度。     

疲劳损伤线的初步研究

为了提高汽车零部件在载荷谱下的疲劳累积损伤预测精度,基于汽车结构强度在疲劳寿命初期的上升又下降的过程,提出了一种新的疲劳损伤线确定方法.该方法以现有的应力-寿命曲线(S-N曲线)为基础,以S-N曲线上的转折点为原点逆时针旋转,以S-N曲线斜率的2/3作为损伤线的斜率,得到估算损伤线,且对两级循环载荷下的累积损伤进行合理解释.     

2E12铝合金板材疲劳寿命的灰色预测

2E12铝合金是一种比较理想的飞机蒙皮材料,为了更好地预测2E12铝合金的疲劳寿命,文章以2E12试件为研究对象,进行疲劳试验,获得材料的S-N曲线,利用灰色系统理论建立GM(1,1)模型和等维灰度递补GM(1,1)模型,生成预测模拟值,将模拟值和试验数据进行残差检验,验证预测数据的准确性,从而得出模型预测S-N曲线。计算表明,GM(1,1)模型和等维灰度递补GM(1,1)模型的预测模拟值与初始数据基本一致,模型预测S-N曲线与材料S-N曲线吻合程度较高,因此,可通过以上模型实现对2E12铝合金板材的疲劳寿命预测。     

低合金超高强度钢跨尺度疲劳失效行为分析

为了研究40CrNi2Si2MoVA低合金超高强度钢的跨尺度疲劳失效行为,以约束应力区描述材料的损伤过程,以跨尺度应变能密度因子作为疲劳裂纹扩展的控制参量,建立宏微观跨尺度疲劳裂纹扩展统一模型。采用上述模型,利用光滑试样(应力集中系数Kt=1)的试验S-N曲线,拟合出疲劳模型中的材料参数。当考虑材料微结构对疲劳寿命的影响时,该模型可精确再现出疲劳试验数据的发散特性。利用该模型对不同应力集中系数下(Kt=2,3)含缺口试样的疲劳寿命进行了预测,理论计算结果与试验结果吻合良好。研究结果表明,合金钢材料的初始缺陷及微结构的演化特性,对疲劳寿命有显著影响,是疲劳试验数据发散的主要原因。     

螺栓球网架节点高强螺栓的疲劳性能研究

螺栓球节点往往是网架结构疲劳破坏的薄弱环节.本文利用螺栓螺纹应力集中系数结合线弹性断裂力学对螺栓球节点的疲劳极限强度进行估算.在S-N曲线法基础上推导了螺栓球节点的疲劳寿命估算公式,该公式结合等寿命曲线综合考虑了应力幅和应力比的影响.将估算结果与国内已有的实验数据进行对比,结果表明该公式能够满足工程设计要求.在此基础上本文研究了初始裂纹长度对高强螺栓疲劳寿命的影响,并给出了影响规律.     

缺口对车轴钢疲劳性能的影响

采用钼丝进行线切割,制作了车轴钢表面缺口试样,运用有限元方法,计算了不同缺口的理论应力集中系数,通过旋转弯曲试验得到光滑试样和缺口试样的疲劳寿命(S-N)曲线,研究了不同缺口应力集中系数下车轴钢的参数变化规律.结果表明,缺口对材料疲劳寿命的影响,不仅仅表现在其S-N曲线相对于光滑试样S-N曲线整体下降,而且不同缺口S-N曲线左段的直线部分斜率也是不同的.     

飞机主起落架撑杆接头疲劳寿命分析

某主起落架结构在设计初期的疲劳试验中暴露出撑杆接头为疲劳薄弱部位,不能满足飞机寿命的要求,需要对撑杆接头进行结构改进设计。运用MSC.Fatigue疲劳寿命分析软件,以设计初期的撑杆接头疲劳试验寿命为基础,对材料的S-N曲线进行适当修正得到零构件的S-N曲线,然后运用"类比法",对改进后的撑杆接头采用起落架实测载荷谱进行疲劳寿命分析。这种零构件寿命分析方法计算结果可靠性较高,分析后认为改进的撑杆接头能够满足飞机寿命的要求,在后期的主起落架疲劳试验中改进设计的撑杆接头通过了疲劳试验验证。     

TB5钛合金板试件疲劳破坏过程的宏微观跨尺度数值模拟

为了研究TB5钛合金板试件从微观初始缺陷到宏观疲劳断裂全过程中的跨尺度数值模拟问题,以约束应力表征材料的疲劳损伤度,以约束应力区裂纹模型描述材料从微观到宏观的疲劳破坏过程,以应变能密度因子作为宏微观跨尺度疲劳裂纹扩张的控制参量,发展了一种宏微观跨尺度疲劳破坏过程的数值模拟方法。在该模型中,可通过疲劳源处材料初始缺陷大小和3个尺度效应函数来表征材料微观因素对疲劳破坏过程的影响。对TB5钛合金光滑板试件(应力集中系数Kt=1)和含切口板试件(Kt=3)进行了数值模拟计算,结果表明,计算S-N曲线与试验S-N曲线能够精准吻合。通过考虑微观效应,其疲劳寿命试验数据的离散性也可由模型计算结果得以体现。     

铸钢节点环形对接焊缝的疲劳计算

给出了采用热点应力法进行铸钢节点环形对接焊缝疲劳寿命估算的全过程.介绍了热点应力幅度的计算方法,即热点应力幅度的计算可根据名义应力和应力集中系数计算,也可采用有限元方法计算.给出了环形对接焊缝热点应力寿命曲线的表示方法和细节分类,列出了各种焊接细节的S-N(应力-寿命)曲线.介绍了线性Miner损伤累积准则.根据热点应力幅度、S-N曲线和线性Miner损伤累积准则,可对铸钢节点环形对接焊缝进行寿命估算.最后,以杭州湾跨海大桥海中平台观光塔铸钢节点为例,说明了波浪载荷下铸钢节点环形对接焊缝的疲劳寿命估算过程.     

一种航空发动机测量耙构件寿命曲线的确定方法及试验验证

测量耙振动加速考核使用寿命时,需根据其结构疲劳关系选择合适的振动量级,直接使用测量耙真实构件进行疲劳试验获取疲劳曲线需大量的构件样本,从而导致试验周期较长,试验经费庞大.针对测量耙常用材料1Cr18Ni9Ti开展拉伸试验,采用经验规律预估方法获得材料的应力(S)-循环次数(N)曲线,基于材料S-N曲线及小子样测量耙模拟...     

缝翼齿轮副静强度分析和疲劳寿命研究

针对缝翼齿轮副强度的计算及疲劳寿命的预测问题,本文综合考虑接触定义、网格划分、摩擦系数、约束条件和加载方式等因素建立齿轮副的有限元模型,并进行齿轮副结构静强度的试验研究,通过对比仿真结果和试验数据,证明本文所建立有限元模型的正确性、有效性及适用性,同时对齿轮副结构实施强度校核,结合S-N曲线对其进行疲劳寿命预测。本文方法具有一定的工程应用价值,并在多类结构强度试验中得到应用。     

Fatigue Reliability Analysis of Aircraft Turbine Disc under Random Loads

Due to bad working conditions and complicated structure,kinds of complicated cycle loads work on turbine disc, and it's difficult to determine the stress distribution of their equivalent load.Based on the traditional stress-strength interference model and conditional reliability,the reliability models of turbine disc without the stress distribution are established in this paper. In the range of fatigue limit, by improving fatigue life curve, the relationship between turbine disc's life probability distribution and material GH4133B's is got,and so is the relationship between life and stress.Then,on the basis of test data of smooth material test-piece from references,the fatigue life probability distribution of material testpiece is found out,and then the fatigue life probability distribution of turbine disc is confirmed. The fatigue life probability distribution of turbine disc is taken into reliability model and the reliability of turbine is analyzed disc under random loads. And this analysis result confirms the variation trend of engine's reliability.     

一种利用支持向量机描述应力—寿命关系的新方法

以7种常用航空金属材料的疲劳试验数据为基础,首次利用最小二乘法支持向量机确定了材料的应力-寿命关系及相应的S-N曲线,并将所得结果与传统的幂函数式和三参数式的结果进行了比较,发现:支持向量机不仅能够描述材料的应力寿命关系,而且与现有的幂函数和三参数表达式相比,支持向量机最好;利用支持向量机描绘的S-N曲线,不仅能够精确确定任意交变名义应力作用下材料的疲劳寿命,而且还可精确确定材料的疲劳极限,为保证结构设计和使用的可靠性打下了基础。     

Fatigue Life Analysis of the Hoist Bracket for Rescue Helicopters

Helicopter rescue has become an important way of life and property relief in modern society.The structure and parameters of the helicopter hoist bracket influence the convenience,safety and reliability of the rescue operation for the lifeguard and hoistman.Based on fatigue analysis theory and ANSYS workbench software,the fatigue life analysis of the hoist bracket is carried out.First,the structure of the hoist bracket is modeled according to the body standard of the hoistman and lifeguard.Then an approach is presented to obtain the S-N curve of the hoist bracket by modifying the S-N curve of the bracket material based on Goodman curve while considering the influences of the shape,size,surface state,loading conditions and the average stress.Further,based on the ANSYS workbench analysis,the life and safety nephogram of the bracket under the fluctuating cyclic load can be obtained.Finally,the designed bracket is analyzed with the proposed method.The cycles number of the bracket is greater than 107 under the extreme conditions of the pulsating cyclic load,which may be considered as the unlimited life and meets the requirement of the fatigue strength.     

无内胎钢制车轮高强度钢等代设计

利用SolidWorks和Ansys软件建立22.5 in×9.0 in无内胎钢制车轮的有限元分析模型,采用高强钢代换低强钢的方法,在保证强度和疲劳寿命的前提下,对车轮进行了轻量化设计,减薄了轮辋和轮辐厚度。弯曲和径向试验的仿真结果表明:虽然改进后的各自最大等效应力都有所增加,但都没有超过材料的屈服极限;采用名义应力法并根据经验公式建立的590CL材料的S-N曲线方程,计算得出的疲劳寿命符合GB/T 5909—2005标准要求。     

网架结构螺栓球节点中M39高强度螺栓变幅疲劳性能试验

螺栓球网架结构在悬挂吊车循环荷载作用下,节点处高强度螺栓易发生疲劳破坏。本文利用MTS疲劳试验机完成了7组M39高强度螺栓在轴向拉伸应力循环下的变幅疲劳试验,通过对疲劳断口的形貌分析,揭示了变幅疲劳的破坏特征,基于miner线性累计损伤法则对试验数据进行折算,得到对应的等效常幅应力,经拟合绘制了变幅疲劳破坏的S-N曲线并给出表达式,最后将此次变幅疲劳数据和已有的M39高强度螺栓常幅疲劳对比,证明了变幅疲劳破坏寿命可以等效成常幅疲劳问题来分析计算。本次变幅疲劳试验结果所得的应力循环次数达200万次时对应的容许应力幅为现行规范中的1.45倍。     

热轧钢筋的疲劳行为

本文叙述了应用 MTS 电液伺服试验机和高频疲劳试验机测定45SiMnV热轧钢筋材料的 S—N 曲线和25MnSi 热轧钢筋在固定应力范围上的寿命分布,通过分析求得钢筋50%和95%存活率的 S—N 曲线,在进行有关变幅疲劳的累积损伤试验的基础上,验证了 Miner 论对热轧钢筋的适用性。分析了钢筋材料的循环应力应变曲线及其非线性弹性行为。结论有助于钢筋混凝土结构的疲劳设计,可靠性分析和寿命估算等。     

用热点应力评定双相不锈钢焊接接头疲劳强度

针对双相不锈钢焊接结构的疲劳性能问题，通过试验对双相不锈钢纵向角接板焊接接头和侧面角接板焊接接头疲劳强度用热点应力进行了评定，做出了热点应力S-N曲线并与名义应力疲劳评定进行了比较．说明符合本试验型式及尺寸的这两种焊接接头用名义应力评定时疲劳数据分散性很大，试验疲劳级别分别为FAT136和FAT102；用热点应力评定时疲劳数据分散性明显减小，其疲劳强度可以用一条S-N曲线表示，试验疲劳级别为FAT162。