高温复杂疲劳工况下10%Cr钢寿命特性

汽轮机转子等高温零部件在工作环境下经常受到高低周复合疲劳载荷,高低周疲劳交互作用时,机组寿命会大幅下降。为评价高温复杂疲劳工况下转子钢的寿命特性,分别进行了低周疲劳实验、高周疲劳实验及高低周复合疲劳实验,并分析了各实验工况下的寿命特性。通过对应变与寿命的关系进行分析,发现高低周复合疲劳应变幅比与寿命比在双对数坐标下呈幂函数关系,并以此提出一种研究高低周复合疲劳寿命的新方法。     

基于虚拟样机的转子式压缩机瞬态工况激励载荷辨识方法

针对封闭式压缩机瞬态工况下激励载荷测试困难的问题,文章通过测试启动过程等瞬态工况下压缩机排、回气口的位移响应,并结合压缩机的虚拟样机动力学模型,提出了一种压缩机瞬态工况下激励载荷的辨识分析方法。分析了转子式压缩机在启动阶段的载荷特征,明确了压缩机在启动过程等瞬态工况下的激励载荷具有较明显的脉冲激励特征,进而提出了对脉冲激励峰值出现时间以及峰值载荷的辨识算法,并通过实验测试验证了该算法可行,为压缩机-管路系统在启动过程等瞬态工况下的动力学响应特性分析奠定了一定的基础。     

基于实测载荷特性的玉米联合收获机车架疲劳特性分析

智慧农机的发展需要丰富的技术储备,为了解玉米联合收获机车架的疲劳寿命情况,基于实测载荷特性完成了玉米收获机车架复杂工况下疲劳特性分析;通过理论及仿真分析,并充分考虑实践经验确定测点,采集有效载荷信号,并完成信号分析;基于有限元方法对车架进行相关特性分析,并利用实测载荷完成随机振动分析,得到的危险节点的应力功率谱,结合材料S-N曲线及疲劳累计损伤原则对车架进行时域及频域疲劳寿命分析;利用随机振动分析得到不同车速下最大应力功率谱曲线和实测应力功率谱,基于Drilik经验公式对车架危险部位进行寿命计算。结果表明:疲劳薄弱的位置出现在纵梁之间的连接处、驾驶室支座与车架连接处及后桥与尾部车架连接处,这些位置的疲劳寿命一般处于10~6上,车架其余位置寿命均在10~7以上。研究结果为车架的设计及优化提供了理论依据。     

基于虚拟载荷谱技术的锥齿轮疲劳寿命分析

基于虚拟载荷谱技术,提出一种新的疲劳寿命计算方法.以锥齿轮减速系统作为研究对象,对齿轮接触模型进行有限元分析,得到锥齿轮传动工况的应力分析结果及云图数据.将应力结果进行数据处理,得到锥齿轮的虚拟载荷谱.根据Miner准则和Corten-Do-lan准则估算出锥齿轮传动的疲劳寿命,并与仿真云图寿命结果相比较.应用实例表明,基于虚拟载荷谱计算的疲劳寿命分析结果具有较高的安全性和可靠性,具有较大的工程应用价值.     

基于CFD的滚动转子压缩机排气阀片性能分析

基于已验证的滚动转子压缩机计算流体动力学(CFD)模型,获得阀片工作的周期性气体载荷,并利用 Workbench软件对排气阀片进行瞬态动力学分析和疲劳寿命预测.分析阀片及阀背板的几何参数对阀片通流面积和寿命的影响,分析得到阀的通流面积和疲劳强度与阀片厚度、阀片特征升程有关.在特定工况下,取阀片厚度为0.305mm,阀片特征升程为2.5mm,兼顾阀片的通流面积和疲劳寿命,得到较理想的性能结果.在此基础上,优化了阀背板型线,优化后的阀片通流面积增加8.63%,最大应力减小107.4MPa.研究结果对滚动转子压缩机排气阀片的设计提供了有效参考和评价方法.     

后悬架多轴疲劳寿命预测

以鹅卵石强化路面的道路载荷为边界条件,考虑材料弹塑性变形,对汽车后悬架进行瞬态动力学有限元分析,利用传统的应变寿命法计算得到后悬架单轴疲劳寿命,对应力-应变时间历程的二轴性分析表明:汽车后悬架局部危险区域承受多轴非比例载荷.基于多轴疲劳理论,考虑了材料的非比例强化的影响,分析了裂纹形式,选用基于临界面法的Bannantine模型和Wang-Brown模型预测了后悬架的多轴疲劳寿命,并与单轴疲劳寿命分析结果进行了比较,研究发现,在非比例循环载荷下,疲劳寿命将大大减少,按常规的单轴疲劳寿命估算方法,将给出偏于危险的预测.     

直升机分扭传动直齿轮疲劳寿命评估方法

为得到直升机主减速器分扭传动系统中关于直齿轮的疲劳寿命评估方法,在Lundberg-Palmgren疲劳寿命理论(L-P理论)和Hertz接触理论的基础上建立主动轮单齿疲劳寿命评估模型。该模型所需参数主要与轮齿啮合时的最大Hertz接触应力相关。为利用有限元分析软件ANSYS求解此应力,确定主动轮单齿在啮合区的各啮合界点,并推导啮合区上的载荷分布规律,得到基于载荷谱多工况作用下主动轮的疲劳寿命评估方法,并针对某直升机在单工况作用下的直齿轮给出疲劳寿命评估算例。研究结果表明,该方法所得疲劳寿命估算值比试验值更加保守,是一种安全、有效的疲劳寿命估算方法。     

车身疲劳载荷识别与应用

为提高整车载荷识别精度和车身疲劳寿命预测精度,提出应用改进的振动系统传递函数估计算法结合虚拟迭代计算方法,以提高整车输入载荷识别精度和车身疲劳寿命预测精度。首先,应用道路载荷测量车进行整车试验场耐久性强化试验道路载荷信号采集,建立满足工程精度要求的整车刚柔耦合多体动力学模型。在整车振动系统传递函数矩阵识别中,利用改进的估计算法消除输入载荷和响应载荷中随机干扰信号的影响,然后应用整车动力学模型进行输入载荷的虚拟迭代计算,获得比H1估计方法更准确的输入载荷。最后,将虚拟输入载荷导入白车身有限元模型中进行寿命预测计算,并应用整车四通道道路模拟试验进行白车身疲劳寿命试验来验证提出的寿命预测计算的准确性。结果表明,仿真预测结果与试验结果基本一致,说明所应用的改进估计算法和虚拟迭代计算方法可以获得更加准确的整车输入载荷,提高车身疲劳寿命预测的精度。     

实况下机械零件的动态可靠性分析

考虑不同工况下载荷变化和强度退化对机械零件可靠性的影响,采用雨流计数法对工况载荷进行统计处理,运用Goodman直线修正法与线性积累损伤法则估计出零件的疲劳寿命.在此基础上,利用等时间段内最大载荷替代载荷变化,Gamma过程模拟强度随机退化的方法来建立渐变可靠性数学模型,最后由随机摄动理论和四阶矩法相结合推导出可靠性灵敏度的表达式.以采煤机扭矩轴为例,估算出扭矩轴在实际载荷下的疲劳寿命,给出各参数变量在疲劳寿命内动态可靠性灵敏度变化规律,分析了参数变量改变对扭矩轴可靠性的影响,并用Monte Carlo仿真进行了验证,结果表明所采用的动态可靠性分析过程符合实际工况,能够为实况下机械零件的动态可靠性分析提供一种方法.     

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.     

局部应力-应变分析在拖拉机零部件疲劳寿命估算中的应用

本文介绍了估算疲劳裂纹形成寿命的局部应力-应变分析法,着重强调了循环塑性应变对疲劳损伤的影响。提出了在用局部应力-应变法估算疲劳寿命时结合载荷谱累积疲劳损伤的方法。编制出驱动轮轴扭转与弯曲载荷谱,并对驱动轮轴的随机疲劳寿命进行了估算。     

基于热-结构耦合的高炉无钟炉顶阀箱疲劳寿命预测

根据装料设备的工作流程,确定阀箱3种最不利的载荷工况;基于热-结构耦合理论并利用有限元分析软件ANSYS研究阀箱在温度载荷和机械载荷作用下的热-结构耦合问题,得到实际工况下阀箱的温度场、应力场以及危险部位的应力谱;依据裂纹萌生和扩展理论对阀箱进行疲劳寿命预测.研究结果表明,在3种载荷工况作用下阀箱应力均低于材料的屈服强度,其安全系数为1.8～3.2,且阀箱的变形在允许范围之内,阀箱静强度及刚度满足要求;阀箱疲劳寿命大于107,也满足要求.     

风电增速箱输出级齿轮副疲劳寿命有限元分析

建立了风电增速箱输出级斜齿轮副的三维接触有限元模型,计算了静载荷作用下齿轮副的应力应变;基于齿轮材料的疲劳试验常数,计算了材料的近似S-N曲线;对风电增速箱真实载荷谱20种工况的载荷历程进行雨流计数,得到载荷循环数、均值与幅值的关系。在FE-SAFE软件中,对斜齿轮副接触模型进行疲劳寿命分析,研究了载荷、表面粗糙度、残余应力以及轮齿修形量对齿轮副疲劳寿命的影响规律。结果表明,齿轮副应力集中处有少数低寿命点,齿轮副寿命随载荷及齿面粗糙度的增大而减小,残余拉应力使疲劳寿命减小,而残余压应力可使疲劳寿命增大,适度修形可提高齿轮的疲劳寿命。     

基于等效初始缺陷尺寸和功率谱法的起重机疲劳寿命预测

基于Kitagawa-Takahashi图提出了一种计算起重机金属结构等效初始裂纹尺寸及其统计学分布的方法,此方法的优点在于只用到疲劳寿命极限和疲劳裂纹扩展门槛值,与随机变化的载荷应力无关.为计及载荷次序以及裂纹闭合效应对疲劳寿命的影响,基于载荷的功率谱密度,给出了一种频域分析的起重机疲劳寿命预测方法.为验证所提方法的有效性,将文中方法的预测结果与文献中的起重机箱形梁的疲劳实验结果进行对比,结果表明估算寿命与实验寿命吻合,文中方法具有实用性和可靠性.     

铝合金薄板结构多模态随机振动疲劳分析

基于数值方法分析了铝合金薄板在共振和非共振状态下的动态响应,结合Dirlik疲劳寿命估算方法,确定振动应力是影响结构振动疲劳寿命的主要因素.利用数字图像相关技术,通过随机振动试验验证了数值计算动应力的准确性,研究了结构在多模态随机载荷激励下的振动特性,发现高阶模态载荷会影响结构振动疲劳损伤,引起结构振动疲劳寿命的急剧降低,并分析了产生这一现象的原因.     

自行火炮履带板的疲劳寿命预测方法

针对履带式自行火炮的履带板在使用过程中容易出现局部应力集中而发生损伤破坏,建立了一套随机载荷作用下履带板疲劳寿命计算的CAE仿真方法。基于自行火炮虚拟样机的动力学仿真系统,得到履带板在各种工况下行进时的随机载荷谱。利用CAE仿真分析软件Marc对其进行了模拟分析,采用名义应力法并结合修正Miner理论计算其疲劳寿命。     

基于作业段识别的装载机半轴载荷谱编制及其在疲劳预测的应用

为改进轮式装载机可靠性及耐久性设计中数据清洗和分析的方法,以装载机半轴为对象,优化载荷信号去噪和作业段识别的方法。利用小波自适应阈值法去除实测载荷的噪声尖峰和突变信号,并通过迭代平滑滤波法搜寻单个作业周期内同步载荷信号的极值点,识别、划分作业段为"行走段-铲掘段"。结合雨流计数和频次外推法编制载荷谱,有限元静力分析,以及Miner准则对装载机半轴进行疲劳寿命分析。结果表明:雨流计数的均幅值结果符合正态分布和三参数威布尔分布的假设性检验,疲劳分析损伤最大节点出现在万向节叉连接处,其寿命为7.22×10~8次循环。结果证实了作业段智能识别法的便利性和准确性,为传动系统疲劳分析的数据处理提供了借鉴。     

空调贯流风扇转子振动对支承轴承受力及寿命影响

以空调贯流风扇转子支承轴承为研究对象,通过对贯流风扇转子及轴承的力学分析,建立了贯流风扇转子支承轴承的滚子受力计算模型。通过对转子的结构分析,进行集总质量离散,建立了对这种特殊结构的转子振动性能进行数值计算的模型。结合滚动轴承疲劳寿命计算方法,建立了考虑转子振动时支承轴承疲劳寿命的计算模型。针对具体算例开展研究的结果表明,考虑与不考虑贯流风扇转子振动时支承轴承受力及疲劳寿命具有明显差异。在考虑贯流风扇转子振动条件下,研究了贯流风扇转子转速、转子长度以及风扇叶片数目对支承轴承滚子载荷和疲劳寿命的影响。发现随着转速的增大,贯流风扇转子长度的增加以及风扇叶片数目的增加,轴承滚子所受载荷增加,轴承寿命下降。     

计算管节点疲劳寿命的AVS模型

海洋平台中管节点疲劳寿命的评价方法通常采用的是S-N曲线法。这种方法认为节点的疲劳寿命是由热点应力幅值范围确定的。由于不同载荷类型作用下管节点可能具有相同的热点应力大小,而沿着焊缝周围的应力分布却并不一定相同,这种基于应力分布的不同会造成节点疲劳寿命上的差异。管节点在不同类型的载荷作用下焊缝周围应力分布情况可以用一个参数描述,即平均应力（Average Stress简称AVS）。考虑AVS对管节点疲劳寿命影响的分析方法通常称为AVS模型分析法。本文综合介绍了目前采用的几种AVS模型及其适用性。     

温度和车速对半刚性基层沥青路面 模量场和疲劳寿命的影响

为分析半刚性基层沥青路面中沥青层模量在时间域和空间域上的分布特征,研究模量场年变化对结构层疲劳寿命的影响,将沥青面层细分为1 cm厚的亚层,基于Odemark法经迭代计算得到了沥青层中的模量场分布,分析全年456种工况下路面结构的力学响应,基于Miner线性疲劳损伤模型计算得到了考虑模量场影响的疲劳寿命修正系数.结果表明:模量场随时间显著变化,车速为70 km/h时,沥青层各深度处的模量年最大与最小值之比达20.1～34.9,且同一时间沿路面深度方向的模量不相等;车速对模量场有显著影响,车速120 km/h与10 km/h时,沥青层模量之比达1.12～2.28;路面结构的疲劳寿命分析中,应考虑模量场年变化的影响,在20℃、10 Hz标准工况下分析得到的上基层疲劳寿命偏保守,下基层疲劳寿命偏危险,建议采用考虑模量场影响的疲劳寿命修正系数调整标准工况下计算得到的结构层疲劳寿命.