轮对蠕滑条件下钢轨疲劳裂纹萌生寿命预测

采用多体动力学与三维弹性体非赫兹滚动接触理论,得到不同轨底坡、超高、摩擦系数与曲线半径等多种轨道条件下的轮轨蠕滑状态,将接触力分别施加于钢轨有限元模型的接触斑位置,分析轨头应力应变响应,得到所有节点的疲劳参量.研究疲劳参量的组成类型,若剪应力与应变部分占主要组成部分,则采用剪切型裂纹萌生预测公式,否则采用拉伸型预测公式.分别预测导向轮与非导向轮作用下的曲线外轨疲劳裂纹萌生寿命,结果表明,外轨疲劳裂纹主要由导向轮作用产生,非导向轮对其影响很小;裂纹萌生寿命随曲线半径的增大而延长,随摩擦系数的增大而减小;设置1∶20轨底坡可以延缓外轨疲劳裂纹萌生,尤其是在半径较小的曲线上效果更明显;过超高能延缓曲线外轨疲劳裂纹萌生;当摩擦系数大于0.3时裂纹萌生于曲线外轨表面,而小于0.3时裂纹萌生位置则逐渐向轨头内部转移.     

U71Mn轨钢低周疲劳寿命的研究

通过对U71 Mn轨钢材料低周疲劳的试验,建立了Manson-Coffin关系式,从而为估算U71 Mn轨铜的低周疲劳寿命提供了依据,并根据尖锐缺口裂纹萌生的常规试验,提出了反映尖锐缺口曲率影响的弹塑性疲劳缺口系数K_f~p,据此建立了K_f~p与缺口裂纹萌生寿命N_i的关系.用这种方法同样可以预测材料的低周疲劳寿命.计算表明,两种方法的计算误差在10％以内.     

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。     

正交异性钢桥面横向焊接接头的疲劳寿命估算

针对正交异性铁路钢桥面构造细节,设计2个足尺钢桥面构件进行静载和高周疲劳承载试验。在试验研究的基础上,建立钢桥面有限元模型,并进行分析计算,计算结果与试验值基本吻合。在1阶段模型的基础上,采用子模型技术建立纵肋焊缝位置带半椭圆表面裂纹的2阶段模型,用退化奇异单元模拟该部位裂纹尖端应力场,通过位移外推得到不同裂纹深度下裂纹尖端的应力强度因子K。基于初始裂纹尺寸的合理判定,对Paris公式积分推导得到纵肋焊接接头裂纹扩展曲线并估算疲劳寿命,计算结果解释了试验中裂纹的萌生和发展规律。建议钢桥面纵肋焊接接头按EC33中的71级或铁路桥梁钢结构设计规范中IX细节进行疲劳设计。     

基于工业CT图像的材料疲劳寿命预测

工业CT(industrial computer tomography,ICT)是在无损伤状态下得到材料断层的二维灰度图像,以图像的灰度来分辨被检断面内部裂纹的萌生、扩展情况.在分析材料的工业CT图像基础上,提出了一种疲劳寿命预测方法.首先将裂纹的萌生、扩展过程分为显微尺度细观裂纹、CT尺度裂纹和宏观裂纹3个阶段;然后采用不同的裂纹萌生、扩展标准对材料疲劳寿命进行预测;最后相加各阶段预测寿命,得到材料疲劳寿命.与疲劳累积损伤理论法、名义应力法等方法相比,该方法预测的材料疲劳寿命具有较高的精度.     

12号合金钢组合辙叉单开道岔疲劳裂纹萌生寿命预测

基于有限元分析软件建立12号合金钢组合辙叉单开道岔静、动力学分析模型;基于列车直、侧向过岔的动力仿真结果,确定岔区钢轨疲劳敏感区域,并提取敏感区域疲劳荷载谱;采用静力分析模型研究单位荷载下各敏感区域钢轨内部应力分布情况;基于Miner线性累积法则对岔区钢轨疲劳裂纹萌生寿命进行预测;研究列车轴重、速度对钢轨裂纹萌生寿命的影响;给出不同轴重、不同速度列车通过时岔区钢轨疲劳敏感区域裂纹萌生寿命的预测公式.结果表明:道岔不同敏感区域钢轨的疲劳裂纹萌生寿命相差很大,列车轴重及侧向通过速度对钢轨的疲劳裂纹萌生寿命有很大影响,疲劳裂纹萌生寿命随列车轴重的增加而大幅降低,随列车侧向通过速度的增加也有所降低.     

基于损伤力学的疲劳全寿命数值预估方法

疲劳失效是影响结构件使用安全的主要问题,对疲劳寿命进行准确预测具有重要的工程意义。基于采用平均应力修正的损伤力学演化模型,结合有限元法建立了同时考虑裂纹萌生与扩展的疲劳全寿命数值预估方法。为了验证该方法,开展了不同应力水平下铝合金开孔板试样疲劳试验与疲劳数值模拟。结果表明,基于所建立的疲劳数值分析方法能够有效预测开孔板裂纹扩展过程及疲劳全寿命,预测寿命误差带在两倍以内。     

应用夏波希模型估算海洋石油钢结构疲劳寿命的试验研究

基于损伤力学的理论和方法,书夏波希疲劳损伤数学模型应用于海洋石油钢结构的疲劳寿命估算.对国产海洋用钢15MnVNb的表面裂纹试样在拉-弯载荷联合作用下,进行了疲劳损伤试验,提出了损伤因子的测量方法及疲劳损伤特性参数的计算方法.根据常幅疲劳试验结果,计算出了15MnVNb材料损伤特性参数,并给出了疲劳寿命估算的表达式.通过模拟海浪载荷的随机疲劳试验,验证了夏波希模型.疲劳寿命的理论计算结果与试验结果的相对误差约为7％,说明两者吻合较好.     

航空铝合金预腐蚀疲劳寿命退化规律

航空铝合金材料在服役过程中常因腐蚀损伤而导致疲劳断裂问题,通过采用扫描电镜及疲劳寿命测试等方法,研究了不同预腐蚀损伤对2xxx铝合金在不同应力比下疲劳寿命的影响,探讨了预腐蚀损伤对疲劳裂纹萌生扩展的影响机理.结果表明:预腐蚀损伤对2xxx铝合金材料疲劳寿命的影响显著,材料的疲劳性能随着腐蚀损伤程度的增加而明显下降.同时建立了预腐蚀损伤对材料疲劳极限的影响系数C-T-R模型,材料疲劳极限的影响系数C随着预腐蚀时间的增加或者应力比R的增加而变大.断口分析表明,预腐蚀损伤的存在导致裂纹萌生寿命大大缩短,裂纹萌生由单源转变为多源,并且均萌生于腐蚀坑处.     

管道高周腐蚀疲劳损伤模型与数值模拟研究

根据疲劳与应力腐蚀损伤的耦合效应,利用非线性累积原理,构建了金属材料的高周疲劳损伤演化模型。以API X65管道钢为研究对象,结合实验确定了腐蚀疲劳损伤演化参数。利用ABAQUS软件二次开发模拟了含不同腐蚀坑形状的管材试样腐蚀的疲劳损伤演化与裂纹萌生过程,探讨了腐蚀疲劳裂纹萌生对腐蚀坑形貌的敏感性。结果表明：腐蚀坑宽度与深度相同时,半椭球型腐蚀坑试样腐蚀疲劳裂纹萌生寿命最长,圆台型与圆锥型次之,矩形体腐蚀坑试样裂纹最先萌生;半椭球体腐蚀坑试样应力腐蚀损伤对总损伤的贡献量始终大于疲劳损伤,而对于其他类型腐蚀坑,腐蚀疲劳裂纹萌生主要源于疲劳损伤的累积。     

一种新的多轴疲劳寿命预测模型

基于SAE 1045中碳钢和40CrNiMo合金钢的疲劳试验结果,分别建立了单轴和多轴疲劳应变-寿命模型,寻求了两种模型的关系,发现:就所研究的两种材料而言,如果假设单轴疲劳应变-寿命模型(Manson-Coffin方程)中的疲劳强度指数和疲劳延性指数不变,而对疲劳强度系数乘以1.093 7、疲劳延性系数乘以0.751 2,以von Mises等效应变幅取代单轴拉压应变幅,则修正后的单轴模型等价于多轴模型。修正后的多轴疲劳寿命预测模型中,弹性线上移,塑性线下移的事实表明:对于同样大小的应变幅,单轴疲劳中的弹性应变分量大于多轴疲劳中的弹性应变分量,而单轴疲劳中的塑性应变分量小于多轴疲劳中的塑性应变分量。利用修正后的模型可以预测多轴疲劳寿命。     

压气机轮盘疲劳寿命影响参量的灵敏度分析

压气机轮盘的材料参数与所受应力水平等因素对轮盘寿命有重要影响,就轮盘疲劳寿命对各相关参量的灵敏度进行了详细的分析计算,确定了寿命对各相关参量的敏感程度,绘制了相应的疲劳寿命影响参量灵敏度曲线.计算分析表明,轮盘寿命对轮盘疲劳强度参数与应力的灵敏度影响较大,在各参数中对疲劳强度指数的灵敏度影响是最大的,灵敏度达到了10,当疲劳强度指数值发生变化时将引起疲劳寿命值的很大变化.轮盘寿命对疲劳延性参数的灵敏度较小,其中对疲劳延性系数的灵敏度值小于1且变化不大,可以近似认为是一个常数.通过对各参数的灵敏度分析,在设计中就可以根据寿命对各参量灵敏度的不同,合理确定轮盘的材料、结构和加工工艺.这也是进一步进...     

一种多轴疲劳寿命预测的统一模型

基于SAE 1045中碳钢的单-多轴疲劳试验结果，在研究了扭转名义应力幅与拉伸名义应力幅不同比值时的多轴疲劳寿命预测模型之后，建立了统一的多轴疲劳寿命预测模型。发现：不同的扭转名义应力幅与拉伸名义应力幅之比导致不同的寿命预测模型，为寻求单轴模型与多铀统一模型的关系，假设单轴疲劳寿命预测模型中的疲劳强度指数和疲劳延性指数不变，而对疲劳强度系数乘以1．5435、疲劳延性系数乘以0．6713，以第一主应变幅取代单轴拉压应变幅，则修正后的单轴模型等价于多轴统一模型，利用修正后的单轴模型可以预测任意扭转名义应力幅与拉伸名义应力幅之比时的多轴疲劳寿命。     

新的非比例加载低周疲劳寿命估算方法

利用对 316L不锈钢多轴非比例加载低周疲劳的试验结果 ,对现有的多轴低周疲劳寿命估算方法进行了讨论 ,基于 316L不锈钢非比例加载低周疲劳的微观机理 ,选择最大剪应变以及应变路径的非比例度作为损伤参量 ,建立了基于临界面方法的新的非比例加载低周疲劳寿命估算公式 ,利用新的非比例加载低周疲劳寿命估算公式对寿命的预测结果表明 :新的寿命估算公式对剪切型破坏的 316L与 316LN不锈钢及拉伸型破坏的 30 4不锈钢非比例加载低周疲劳寿命预言能力比现有的临界面方法精确 .     

Reliability Analysis Based on a Nonlinear Fatigue Damage Accumulation Model

A modified nonlinear fatigue damage accumulation model based on the Manson-Halford theory was presented,and the new model was developed for fatigue life prediction under constant and variable amplitude loading, which took the effects of the load interactions and the phenomenon of material＇s strength degradation into account. The experimental data of the 30 Cr Mn Si A and the LY-12 cz from literature were used to verify the proposed model. And from the good agreement between the experimental data and predicted results,we can see it clear that the proposed method can be applied to predicting fatigue life under different loadings.     

随机疲劳寿命的估算

概述了随机疲劳寿命估算的一般过程,就该过程中的局部真实应力应变分析的简化计算方法和随机载荷下的循环应力应变模拟及疲劳损伤进行了探讨。依据实验结果,提出了一个能量损伤模型,通过寿命估算,对提出的模型进行了验证,并将其估算结果与现有的几种典型疲劳损伤模型估算结果进行了比较。同时,还讨论了疲劳性能参数的波动对寿命估算精度的影响。     

考虑缺口效应的多轴疲劳寿命预估模型

为研究缺口构件的多轴疲劳问题,基于损伤力学理论,结合von Mises等效准则的思想,建立一个考虑缺口效应的多轴损伤本构方程,综合考虑正应力和切应力在多轴损伤过程中所起的作用,提出一种适用于缺口件的多轴疲劳寿命预估模型.采用GH4169镍基高温合金、SAE1045钢和LY12CZ铝合金3种材料的缺口件多轴疲劳实验数据对所提出的模型进行评估和验证.结果表明:新模型的精度要高于传统的局部应力应变法,且与实验结果相吻合;同时新模型计算方便,便于工程应用.     

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.      

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.