确定P—S—N曲线表达式的两种方法

采用新的应力疲劳公式,对白铜丝的疲劳试验结果进行了拟合,给出了具有理论疲劳极限的Ｓ－Ｎ曲线表达式．对疲劳寿命及拟合结果的统计分析表明：同一应力水平下的疲劳寿命遵从对数正态分布,疲劳抗力系数和理论疲劳极限也遵从对数正态分布．据此,给出了两种确定带存活率疲劳寿命曲线（Ｐ－Ｓ－Ｎ曲线）表达式的方法．     

钢材料焊接接头p-S-N曲线试验研究

制备两种不同形式和不同钢材料的焊接接头疲劳试验件,进行等幅疲劳试验,通过试验寿命数据的统计分析,得到了存活率分别为50%、99%、99.9%、99.99%的p-S-N曲线,为寿命评估提供必要的数据基础。     

疲劳裂纹扩展速率与随机载荷的疲劳寿命程序模拟

本文主要探讨了恒幅和变幅载荷作用下疲劳裂纹扩展规律及随机载荷作用下疲劳寿命的模拟方法。通过对１６Ｍｎ钢的疲劳裂纹扩展试验、分析和数据处理估算出材料的疲劳寿命，说明考虑了载荷实际变动能更接近准确地估算疲劳寿命，为生产设计提供了依据。 对随机载荷的统计分析建立概率模型，并用数值计算方法——蒙特卡罗法产生随枫序列，由计算机程序模拟计算出疲劳寿命．它和变幅试验结果基本符合．说明此法应用于断裂力学中是可行的．它是对传统疲劳试验和分析方法的改进和发展．     

威布尔分布下小样本P-S-N曲线拟合方法

为拟合疲劳寿命服从威布尔分布的小样本P-S-N(失效概率-应力-循环次数)曲线,提出了小样本疲劳寿命试验数据统计分析与P-S-N曲线拟合方法。根据疲劳寿命均值和标准差与应力水平的线性关系,基于已知的最高级应力水平的疲劳寿命分布参数,使用疲劳寿命算术平均值替代其他级应力水平均值(期望),获得疲劳寿命均值与应力水平的线性关系。根据此关系,将不同级应力水平的疲劳寿命等效到最高级应力水平,检验等效寿命与最高级应力水平疲劳寿命的均值相对误差,反推各级应力水平疲劳寿命的统计参数,从而实现了P-S-N曲线的拟合。算例结果表明:使用全部疲劳寿命数据时,所提方法拟合结果与传统方法拟合结果相对误差小于1%;对于拟合设计的2组方案(8-5-5和8-3-3),所提方法与传统方法拟合结果相对误差小于10%;所提方法能够得到较为合理的参数,获得较好的P-S-N曲线拟合结果。     

随机车流作用下悬索桥钢桥面板疲劳损伤与寿命评估

为了评估大跨度悬索桥钢桥面板在车流荷载作用下疲劳安全性,在实测车流数据的基础上,采用有限元数值模拟方法对某主跨为820 m的悬索桥钢箱梁顶板-U型肋构造细的疲劳损伤及寿命进行研究。通过对动态称重(WIM)实测车流数据的统计分析建立随机车流模型,基于应力-寿命(S-N)曲线和线性累积损伤准则分析运营状态和交通量增长对悬索桥钢桥面板构造细节疲劳损伤及寿命的影响。研究结果表明:随着密集运行车辆占有率的增加,疲劳损伤呈较缓增长趋势;随着交通量系数的增长,疲劳损伤呈加速增长趋势。与密集运行车辆占有率相比,交通量增长系数对疲劳损伤有较大的影响。在交通量增长系数达到6%时,钢桥面板细节疲劳寿命小于设计基准期,基于实测车流数据的疲劳性能评估对确保钢桥面板在运营期的安全性尤为重要。     

钢轨疲劳寿命的统计分析

本文根据我国三条干线六个区段所提供的650处钢轨疲劳断裂和运量的数据,运用威布尔分布进行了统计分析,建立了钢轨疲劳失效和运量间的关系,并定量地讨论了各种影响钢轨疲劳寿命的因素。     

绝缘材料截尾寿命试验数据统计分析的可行性探讨

通过实例和Monte-Carlo方法比较绝缘材料的截尾寿命试验数据和完全寿命试验数据作统计分析的结果，探讨像绝缘材料这样的高可靠电机产品在寿命试验或加速寿命试验下用截尾试验数据作统计分析的可行性。     

非对称加载下疲劳P-R-S-N曲面族的构建

基于金属材料非对称循环疲劳极限的估算公式,提出了根据一组对称载荷下的疲劳试验数据,构建非对称循环载荷下的等幅P-R-5-N曲面族的简便工程方法,并给出了等幅P-R-5-N曲面族的普遍表达式,该曲面族在一定务件下,可退化为5-N曲线及疲劳等寿命曲线．P-R-5-N曲面族体现了二维应力与概率疲劳寿命的关系．该方法所需试验数据少,便于工程应用,可为在变幅或随机时间历程加载奈件下结构的疲劳可靠性分析提供依据．     

间歇疲劳——(Ⅰ)卸幅静载间歇对软钢疲劳的影响

研究了疲劳试验过程中，间歇对软钢疲劳寿命的影响。间歇提高软钢疲劳寿命，尤其是对其淬火的可提高３３１％． 间歇时期是影响间歇提高疲劳寿命的重要参数，在疲劳裂纹萌生寿命Ｎｉ前间歇可显著地提高疲劳寿命。但在Ｎｉ后则没有或很少提高寿命。 应力重新分布、应变硬化特别是应变时效的逐渐产生及均匀化是间歇提高疲劳寿命的基本原因。     

桥梁缆索钢丝裂纹扩展速率预测及疲劳寿命计算

为给桥梁缆索钢丝疲劳性能分析提供简单有效的方法,根据钢丝的微观组织结构和相关试验数据的统计分析结果,建立了钢丝疲劳裂纹扩展速率预测模型,并给出了模型参数的计算方法.通过变载刻痕法在原状钢丝上获取了稳定扩展区的疲劳裂纹扩展速率,预测模型较好地描述了试验获取的数据和文献中近门槛值区域钢丝的疲劳裂纹扩展规律.在此基础上,通过断裂力学方法计算了新钢丝和腐蚀钢丝的疲劳寿命并与试验数据相比较,结果表明:钢丝腐蚀不会对疲劳裂纹扩展速率产生影响,仍可用未腐蚀钢丝的力学性能通过本文方法进行预测,腐蚀钢丝疲劳寿命的变化是由于初始裂纹尺寸发生改变而引起.对于新钢丝和轻微腐蚀钢丝,可采用等效初始裂纹法进行疲劳寿命计算;当钢丝腐蚀较为严重时,疲劳总寿命基本由裂纹扩展寿命构成,初始裂纹尺寸即为真实锈坑深度.鉴于蚀坑深度分布的随机性,宜采用最大蚀坑深度对腐蚀钢丝进行疲劳寿命计算.     

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...     

Six Sigma Robust Optimization of Fatigue Life for the Passenger Car Battery Hanging Device

In engineering practice, influencing factors including material properties,external load,dimension error and so on,are uncertain to structural fatigue life,and those uncertain factors make the structure fatigue life have a wide dispersion. Aiming at this problem,the parametric model is built in this paper,and it is used to obtain the structural first principal stress in the module of probabilistic design system( PDS). Parameters of P-S-N are added to the parametric model,and then,the fatigue life of chosen points has been calculated automatically under the reliability of 0. 99. The fatigue life response surface model is obtained by simulation of the sampling points using Monte Carlo method. The six sigma robust optimization mathematical model of fatigue life is established with the combination of six sigma robust optimization and fatigue life response surface model. Take a railway passenger car battery hanging device as an example, and the mathematical model of optimization is established. The minimum mean and mean squared of structural fatigue life are obtained under the requirements of design fatigue life. The results show that the material has been saved by the new method,and the robustness of the fatigue life has been improved.     

低频与中高频荷载对结构钢及其焊接节点疲劳寿命的影响研究

钢结构的疲劳试验研究采用低频、中频和高频加载,疲劳寿命是否会有差别,或者怎样的差别？一直是试验者希望找到答案的问题。作者以结构钢及其焊接件为对象,对低频(30Hz以内)与中高频(100Hz左右)加载的疲劳试验数据(包括本文作者和其他学者)进行分析对比,研究低频与中高频加载对疲劳寿命的影响,疲劳试验涉及高强度Q460钢板及其对焊节点、普通强度Q345钢板对焊节点。研究发现低频与中高频加载的疲劳寿命有很大的差别,无论是钢材还是对焊节点,低频加载比中高频加载的疲劳寿命长或疲劳强度高。对这种现象的机理也作了解释。建议对承受低频的疲劳荷载的工程钢结构,其疲劳试验应切合实际地应采用低频疲劳试验机加载。若采用高于低频的疲劳试验机加载,则会显著地低估疲劳寿命。     

Improvements in the microstructure and fatigue behavior of pure copper using equal channel angular extrusion

In this study, annealed pure copper was extruded using equal channel angular extrusion (ECAE) for a maximum of eight passes. The fatigue resistance of extruded specimens was evaluated for different passes and applied stresses using fatigue tests, fractography, and metallography. The mechanical properties of the extruded material were obtained at a tensile test velocity of 0.5 mm/min. It was found that the maximum increase in strength occurred after the 2nd pass. The total increase in ultimate strength after eight passes was 94%. The results of fatigue tests indicated that a significant improvement in fatigue life occurred after the 2nd pass. In subsequent passes, the fatigue life continued to improve but at a considerably lower rate. The improved fatigue life was dependent on the number of passes and applied stresses. For low stresses (or high-cycle fatigue), a maximum increase in fatigue resistance of approximately 500% was observed for the extruded material after eight passes, whereas a maximum fatigue resistance of 5000% was obtained for high-applied stresses (or low-cycle fatigue). Optical microscopic examinations revealed grain refinements in the range of 32 to 4 μm. A maximum increase in impact energy absorption of 100% was achieved after eight passes. Consistent results were obtained from fractography and metallography examinations of the extruded material during fatigue tests.     

疲劳S-N曲线预测模型进展综述

疲劳S-N曲线是机械零部件强度设计的基础,但受限于贫样本或者小样本,使得诸多回归和预测模型都建立在各种假设之上。随着机械设备复杂程度的提高,零部件疲劳寿命多种影响因素间的耦合性和竞争性在不断增加;另一方面随着材料性能的发展,疲劳S-N曲线的结构也在改变,这些都使得已有模型无法满足强度设计需求。数据驱动方法能够对不同工况下的寿命数据能够进行深度挖掘,使得疲劳寿命数据的研究焕发新机。首先,对已有的确定性疲劳S-N曲线模型和小量/成组样本下的不确定疲劳S-N曲线模型进行了回顾,并对样本量大小引起的不确定性表达进行描述。其次,对由于材料性能改进导致的疲劳S-N曲线结构变化以及相应的改进模型进行了阐述。再次,介绍了疲劳S-N曲线模型的影响因素如平均应力、尺寸效应、应力集中、工作环境和表面完整性等,进而对数据驱动方法在多影响因素下的S-N曲线回归和预测进行了阐述。最后,对疲劳S-N曲线模型的发展趋势进行了讨论和展望。     

基于结构初始不连续状态的结构全寿命评定方法

建立在材料初始不连续状态(IDS)的概念基础上,利用AFGROW软件分析了新LY12CZ试件的疲劳寿命试验数据,得到了LY12CZ材料的IDS值及其分布模型,选取四种分布对IDS尺寸值进行统计特征研究,结果表明IDS值较符合三参Weibull分布。利用IDS对结构进行全寿命评估,算例与试验结果吻合良好。     

基于结构健康监测系统的桥梁疲劳寿命可靠性评估

为探讨如何利用结构健康监测系统所记录的应变－时程曲线进行桥梁结构疲劳寿命的可靠性评估。选取若干天的应变－时程曲线,通过统计分析得到其标准样本,认为该桥上所有的应变循环都是这个标准样本的重复;利用雨流计数法,得到标准样本的应力幅谱。在对桥面结构细节的疲劳寿命进行可靠性评估时,利用BS5400关于桥梁构件细节的标准分类结果对已有的概率模型进行修正,得到适合于桥梁疲劳寿命可靠性评估的概率模型。     

Fatigue Life Estimation Considering Strengthening of Low Amplitude Loads Using Improved Unequal Interval Grey Model

Under variable loading,fatigue life prediction is very important for the selection,design,and safety assessments of these components.In this study,based on the Miner rule,an improved damage accumulation rule was proposed to consider the strengthening and damaging of low amplitude loads.The complexity of fatigue phenomenon results in predicting fatigue life difficulty.Since grey models(GMs)only require a limited amount of data to estimate the behavior of unknown systems,they are used in this paper to account for the uncertainties resulting from various sources when fatigue life of component is predicted.An improved unequal interval GM(IUGM(1,1))has been developed and applied successfully to estimation of fatigue life.An example is used to illustrate how the method works.The results show that the proposed model not only overcomes the limitations of the traditional grey forecasting model of linear change series,but also increases the scope of GM in the fatigue life prediction of mechanical components,and its accuracy is higher than that of the traditional model.Moreover,the results indicate that the IUGM(1,1)is capable of predicting component fatigue life better than the traditional Miner rule,and yields a high prediction precision.     

试验与服役数据融合的飞机结构安全寿命分析

针对飞机结构安全寿命分析中样本容量偏少的问题,综合考虑结构分散性和载荷分散性的飞机结构疲劳寿命是否服从对数正态分布或威布尔分布的情况,根据等损伤原理,将服役飞机实际飞行小时数等效转化为在同一试验载荷谱下的当量飞行小时数,以实现飞机结构试验疲劳寿命与服役使用数据的融合,采用随机右截尾情形下的极大似然估计方法估算疲劳寿命分布函数的参数,进行飞机结构安全寿命分析;最后以飞机结构疲劳寿命服从对数正态分布为例进行了算例分析,分析结果表明:在相同的可靠度和置信水平下,利用试验数据与服役使用数据融合方法可以显著增大样本容量,从而充分挖掘飞机结构可靠性的储备。     

胶接、胶焊与点焊接头剪切拉伸疲劳行为

通过剪切拉伸疲劳试验测定车用结构胶接接头、胶焊接头和点焊接头在不同应力水平下的疲劳寿命.基于载荷-寿命曲线在单对数坐标下为指数曲线段这一假设,利用疲劳试验数据拟合出载荷-寿命曲线,以此表征三种接头的疲劳性能.同时,对胶接接头、胶焊接头和点焊接头的疲劳行为进行对比分析.研究表明:三种连接方式的疲劳试验数据具有较好的规律性;拟合结果证实了三种接头载荷-寿命曲线在单对数坐标下为指数曲线段这一假设的正确性;胶接接头的疲劳强度最高,而点焊接头最低;胶焊接头的疲劳断裂行为比胶接接头更为安全;通过胶焊工艺可以有效提高车身接头的疲劳寿命等.研究结论为车用结构胶胶接技术的应用提供了参考依据.