基于热固振耦合的某附件壳体蠕变-热疲劳寿命预测方法

提出一种基于热固振耦合的某附件壳体蠕变 热疲劳寿命预测方法,主要是基于ANSYS Fluent模块进行流固热耦合,仿真结果得到的附件壳体温度场分布并通过实测数据进行结果验证,再通过温度场数据传递途径结合ANSYS Workbench模块进行附件壳体热固振耦合仿真得到壳体应力应变场,然后基于线性累计损伤理论耦合附件壳体蠕变持久寿命和热疲劳寿命,最终得到其蠕变 热疲劳寿命预测结果。针对附件壳体,一方面对比分析了单纯热疲劳寿命（41 063个循环寿命）与蠕变 热疲劳（39 054个循环寿命）,通过结果得知航空发动机附件系统高热环境下蠕变作用对附件壳体热疲劳寿命是存在显著影响的;另一方面对比分析了基于稳态温度场的蠕变 热疲劳（23 334个循环寿命）与基于瞬态温度场（考虑温变速率）的蠕变 热疲劳（24 545个循环寿命）,结果表明温变速率在一定程度上影响航空发动机附件系统结构的蠕变 热疲劳寿命。     

纤维增强复合材料层压板的疲劳寿命预测方法

针对纤维增强复合材料层压板的疲劳寿命预测问题,提出了一种将理论与仿真、单向板与多向层压板紧密结合预测疲劳寿命的方法.基于几组碳纤维/树脂基T300/QY8911单向板在循环应力加载下的疲劳试验数据,通过灰色系统GM(1, 1)模型,建立单向板的疲劳寿命模型和损伤函数.与传统的最小二乘法拟合相比,该方法提高了预测精度.通过有限元方法对层压板进行应力分析、失效分析和材料性质退化.将失效分析的结果与建立的单向板疲劳寿命模型和损伤函数结合,从而来计算多向层压板的疲劳寿命和损伤.通过与实验数据及其他预测方法的结果对比,该预测方法降低了疲劳寿命预测相对误差,且与实验结果吻合较好.     

面-面接触铝合金紧固件微动疲劳寿命预测方法研究

针对具有面-面接触特征的铝合金紧固件,根据其接触特点,建立有限元模型计算了其应力场分布。考虑接触面高轴应力梯度的力学响应,用接触面应力三维度的概念来反映微动疲劳多轴应力状态。考虑损伤和弹塑性势能的耦合,从热力学第二定律出发,基于损伤力学本构方程,推导出基于热力学耗散势函数的耦合损伤演化模型。结合实验参数,得到预测铝合金紧固件微动疲劳寿命的方法。寿命预测结果与实验值进行对比,误差分散在25%范围内。     

考虑材料微观结构的滚动接触疲劳寿命研究

轴承钢材料由许多细小晶粒组成,其力学性能在微观上表现为各向异性,会对滚动接触疲劳寿命产生显著影响.本研究从微观角度出发,以Voronoi多边形表征轴承钢晶粒结构,采用ABAQUS有限元软件建立考虑轴承钢晶体学属性的滚动接触疲劳寿命分析模型,对滚动接触应力及疲劳寿命进行预测分析.同时,将分析结果与基于各向同性材料假设的滚动接触模型结果进行对比,探究考虑晶体学属性的滚动接触疲劳寿命模型的特性,在此基础上,进一步分析晶粒大小分布对滚动接触疲劳寿命的影响规律.     

ST12材质焊接工字形钢支撑低周疲劳性能模拟及分析

前期的滞回性能模拟证实有限元可较精确地模拟ST12材质焊接工字形钢支撑试件表面的应力应变分布。采用基于应力应变的3种临界面损伤模型预测了支撑的低周疲劳损伤及寿命,结果表明临界面法可较精确预测裂纹开裂位置,预测结果均低于试验结果。基于临界面法的预测结果回归了寿命估算公式,并与基于试验结果的估算公式进行了比较分析,证实了影响支撑低周疲劳性能的主要因素是长细比和翼缘宽厚比。建议设计支撑时在满足"小震"不失稳的前提下,在规范允许的范围内,尽量采用具有较大长细比和较小翼缘宽厚比的支撑,以延长支撑的低周疲劳寿命。     

基于临界平面法的复合材料多轴疲劳损伤参量研究

基于临界平面方法，提出一种用于纤维增强复合材料的多轴疲劳损伤参量，研究了复合材料多轴疲劳损伤特征．同时设计出一种缠绕复合材料管状试样，进行了拉扭双轴疲劳实验研究．根据双轴载荷条件下管状试样的应力-应变分析及双轴疲劳实验结果，绘制出了基于临界平面的多轴损伤参量与疲劳寿命关系图，可对不同缠绕角的复合材料疲劳寿命进行预测．结果表明：与传统的应力-寿命预测曲线相比较，新的疲劳损伤参量更适合于复合材料的多轴疲劳研究，计算结果与实验结果吻合较好．     

奥贝球铁接触疲劳破坏形式的研究

研究了奥贝球铁的接触疲劳破坏形式，应用铁谱技术分析了接触疲劳过程。试 验表明：奥贝球铁接触疲劳破坏形式取决于载荷。在重载条件下（寿命小于 ５× １０６ 次），其破坏形式为片状剥落；在轻载条件下，破坏形式为麻点剥落。疲劳裂纹是在 表面石墨空穴的边角处萌生，并向深处扩展。接触疲劳磨损分三个阶段：磨合阶段， 正常磨损阶段及疲劳磨损阶段。应用铁谱技术可以预测寿命。奥氏体的存在对奥贝球 铁接触疲劳性能有不同的影响。     

基于有限单元法的裂纹梁结构疲劳寿命预测模型

为了准确预测裂纹梁结构的疲劳寿命,提出一种裂纹梁结构的振动与疲劳裂纹扩展耦合分析方法。首先,基于有限单元法建立裂纹梁结构的动力学模型;然后,根据裂纹梁单元的特点,推导裂纹梁单元的应力强度因子表达式,在此基础上应用Walker方程建立疲劳裂纹扩展增量计算式,再基于振动响应与裂纹扩展循环同步分析法,计算疲劳裂纹扩展寿命;基于该疲劳寿命预测模型,分析激振频率、激振力幅值和应力比对裂纹梁疲劳寿命的影响;最后,对裂纹梁进行疲劳试验,将试验测量结果与模型计算结果进行比较,验证所提出模型的准确性。研究结果表明:提出的疲劳寿命预测模型较好地表征了疲劳裂纹扩展寿命与其结构参数之间的内在关系,反映了振动对裂纹梁结构疲劳寿命的影响;随着激振频率接近固有频率,裂纹扩展速率增大,裂纹梁的疲劳寿命明显降低;随着激振力幅值增大,裂纹梁的应力强度因子幅增大,疲劳裂纹扩展寿命降低;随着应力比增加,裂纹梁的疲劳寿命显著提高。     

汽车油位传感器磨损模型及磨损寿命的可靠性预测

通过对油位传感器进行接触力学分析,基于数值离散方法建立了油位传感器的磨损模型,经过干式耐久性磨损实验得到模型的相关参数,并利用蒙特卡洛法对触头与导带的磨损寿命进行可靠性评估.结果表明,所建数值模型和磨损寿命可靠性预测结果可应用于油位传感器的磨损仿真.     

基于临界面损伤参量的金属材料多轴疲劳寿命预测

对最大剪切应变幅模型、KBM模型、FS模型和MKBM模型4种广泛讨论的临界面模型进行了对比分析,统计了8种金属材料圆管薄壁型试件在173个应变加载工况下的多轴疲劳试验数据,验证了这4种临界面模型对金属材料多轴疲劳寿命的预测能力,讨论了基于临界面损伤参量进行多轴疲劳损伤评估和寿命预测时仍需关注的几个主要问题.研究结果表明:最大剪切应变幅模型和KBM模型能较好地适用于多轴比例加载条件下的疲劳寿命预测,而对多轴非比例疲劳寿命的预测结果一般偏于危险估计;FS模型和MKBM模型在损伤控制参量中引入了一个临界面上的最大法向正应力参数来反映材料的非比例附加强化效应对多轴疲劳损伤的影响,显著提高了对多轴非比例疲劳寿命的预测能力.     

摩擦系数对支承辊次表层接触疲劳损伤的影响

以正交剪应力作为滚动接触次表层疲劳损伤评价的临界应力,分析了摩擦系数对滚动接触次表层正交剪应力幅及应力比的影响规律.根据疲劳损伤累积理论及非对称循环应力幅修正公式,建立了支承辊次表层接触疲劳应力与寿命计算模型,用于评价支承辊次表层接触疲劳损伤.实例分析了摩擦系数对支承辊次表层接触疲劳损伤的影响,结果表明:随着应力比及摩擦系数增大,支承辊的次表层接触疲劳损伤增大,因此,降低支承辊接触摩擦系数,可改善支承辊的疲劳损伤.     

大型滚塑成型设备支承托轮接触疲劳有限元分析

滚塑成型工艺是一种极具生命力的塑料成型技术,托轮是滚塑成型设备的关键传动件与支承件,其疲劳寿命严重影响设备的使用性能.为了预测托轮的疲劳寿命周期,基于经典Hertz接触理论,在ANSYS APDL中建立了托轮-滚圈非线性接触有限元模型,研究了应力分布规律,结合ADAMS动力学仿真获得的虚拟载荷谱,利用协同仿真技术进行了疲劳寿命估计,找到了危险易损区域,并分析了该区域过渡圆角尺寸大小对托轮疲劳寿命的影响.结果表明:托轮的危险薄弱区域位于轮辐与轮缘交接处;随着其过渡圆角半径增大,疲劳寿命显著提高;但圆角半径超过某一临界值时,疲劳寿命反而降低.     

基体材料高温强度对枪管寿命的影响研究

根据界面剪切失效理论和疲劳损伤累积理论,建立了基于枪管镀层—基体界面剪切疲劳损伤累积的枪管寿命预测模型.以某小口径步枪枪管为研究对象,计算了一个冷却周期射击过程中的枪管界面剪切应力,预测了3种不同基体材料枪管的寿命,研究了基体材料高温强度对枪管寿命的影响.研究结果表明,基体材料高温强度是影响枪管寿命的至关重要因素.温度升高引起的界面抗拉强度下降,是导致镀层产生界面破坏以及枪管寿终的重要诱因.增加材料常温强度对提高枪管寿命意义不大,而增加高温强度则可以显著提升枪管寿命.寿命试验结果验证了本文所建寿命预测模型的可用性及预测结果的正确性.      

压力容器低周疲劳寿命的损伤力学理论研究

采用材料延性指标（断面收缩率ψ）定义了一种疲劳损伤变量Ｄψ，并将该损伤变量应用于１６ＭｎＲ压力容器用钢疲劳损伤的研究，提出了一种新的压力容器低周疲劳寿命预测的损伤力学理论，研究结果表明，本文建立的损伤力学方法比局部应力应变法更接近实验结果。     

腐蚀和疲劳耦合作用下Q345角钢拟静力试验研究

基于环境腐蚀和疲劳振动的相互作用,建立了腐蚀疲劳耦合损伤模型,分析Q345角钢力学性能在腐蚀疲劳耦合作用下的退化规律.利用目标地区年降雨时间统计数据建立环境腐蚀模型,并将能量耗散与疲劳裂纹扩展Paris公式相结合给出衡量疲劳损伤的演化模型.与此同时,为有效衡量腐蚀与疲劳之间的相互关系提出耦合因子,并基于该因子将腐蚀和疲劳的损伤模型相结合建立腐蚀疲劳耦合损伤模型.最后,对20根规格为70mm×5mm的Q345等边角钢展开拟静力试验,分析腐蚀、疲劳及其偶合作用对角钢承载能力和耗能性能的影响规律,建立各参数耦合损伤退化模型.结果发现:腐蚀疲劳耦合作用能显著促进构件损伤的发展,但现行设计规范和研究很少考虑这种影响;Q345角钢的承载能力、滞回曲线形状和循环次数等均随腐蚀疲劳耦合作用增加发生了明显变化,加速腐蚀12h和疲劳振动4.0×104次的耦合作用使延性系数和累积耗能参数的退化率比两者单独作用造成的损伤总和多11.1%和7.7%.     

柔性结构疲劳寿命的预测方法

讨论柔性构架结构疲劳寿命的预测方法,建立刚柔耦合多体动力学模型,计算结构危险点的动载荷时间历程;利用有限元准静态分析法,获得应力影响因子;利用模态分析技术获得结构固有频率和模态振型,确定结构的危险点位置.基于危险应力分布的动载荷历程,结合材料特性曲线以及线性损伤理论,进行标准时域的柔性结构应力应变的循环计数,损伤预测和寿命估计.应用该方法对构架结构进行疲劳寿命预测,结果表明,该预测方法预测精度有效,可以有效提高结构耐久性设计质量.     

不同损伤机制下高周疲劳寿命估算方法

分析原有场强法预测精度存在偏差的原因,在场强理论的基础上,重新定义疲劳损伤区域和权函数。新的损伤区域考虑了载荷幅值、缺口形状等因素的影响,能相对完整地考虑缺口局部材料对损伤的作用;权函数考虑了峰值点周围应力幅值、距离以及方向对损伤贡献程度的影响。通过对不同材料、不同结构形状缺口件的应力应变场分析,结果显示,改进的场强算法预测精度明显高于原有场强法,并显著地降低了有限元分析的网格要求。以改进的场强方法对比名义应力法和局部应力应变法,结果显示,其预测精度高于两种疲劳寿命方法,能较好地预测构件疲劳寿命。     

基于有限元的差速器齿轮动态啮合特性分析

针对汽车行驶过程中差速器的2种典型工况,计算某轿车差速器行星齿轮和半轴齿轮的转速和转矩分配.基于有限元动态仿真方法,建立差速器齿轮接触有限元模型,进行动态啮合仿真,研究了齿轮啮合时的应力分布情况.分析了齿轮接触面间的摩擦系数对应力分布的影响,发现随着摩擦系数的增大,齿轮接触应力有所上升.基于名义应力法,以动态啮合时的最大接触应力作为载荷输入,计算齿轮的接触和弯曲疲劳寿命,齿轮的疲劳危险位置发生在齿轮齿面接触区域和齿轮齿根,齿轮寿命符合设计要求.结果表明所开发的结合齿轮动态仿真与疲劳寿命分析方法可以有效地预测差速器齿轮寿命.     

预紧对高速角接触球轴承疲劳寿命的影响

基于Hertz弹性接触理论、滚动轴承动力学和L-P寿命理论,建立角接触球轴承的动力学方程,采用Newton-Raphson迭代法进行求解.分析预紧力对角接触球轴承疲劳寿命的影响,结果表明:当外界条件一定时,定压预紧轴承疲劳寿命明显比定位预紧轴承疲劳寿命长,轴承内圈疲劳寿命比外圈疲劳寿命长;轴承疲劳寿命随着预紧力、转速的提高而减小,在定压预紧下轴承的疲劳寿命受预紧力的影响较大.     

多轴载荷下GH4169合金疲劳寿命预测

基于多轴疲劳临界损伤面原理,在对GH4169合金薄壁圆管和缺口试件的高温疲劳特性及有限元应力-应变关系进行分析的基础上,通过引入三轴因子FT,应用von-Mises准则提出了一个能够适用于GH4169合金不同应力状态的多轴疲劳损伤参量.新的损伤参量考虑了临界面上最大剪应变和法向应变对多轴疲劳损伤的不同以及应力状态对多轴疲劳寿命的影响.该多轴疲劳损伤参量不含有经验常数,便于工程应用.利用新的多轴疲劳损伤参量,结合Manson-Coffin方程,建立了新的多轴疲劳寿命预测模型.预测结果表明,该模型较准确地预测了GH4169合金薄壁圆管和缺口试件的高温多轴疲劳寿命.