模糊可靠性疲劳寿命的分析与计算

针对随机栽荷下构件疲劳寿命预估中的可靠性问题，在模糊累积损伤疲劳寿命计算模型的基础上，根据恒幅疲劳寿命的分布及试验参数，依可靠性理论，导出了恒幅载荷下构件的可靠度工作寿命的数学方程，从而建立了承受随机载荷的构件的模糊可靠度疲劳寿命计算模型，同时还导出了传统累积损伤计算方法下可靠度疲劳寿命计算模型。采用这两种模型，通过实测载荷谱，对构件的可靠度疲劳寿命进行了预估，并与实际安全寿命进行比较。结果表明，所建立的模糊可靠度疲劳寿命计算模型预估的安全寿命与实际安全寿命相当吻合，相对误差仅为2．12％，传统可靠度疲劳寿命计算模型的预估误差为99．27％。     

随机载荷下风电叶片疲劳寿命及可靠性试验评估

为对随机载荷作用下风电叶片的疲劳寿命及可靠性进行预测与评估,首先基于Miner累积损伤理论及全概率公式,推导出随机载荷作用下风电叶片的疲劳寿命预测模型;然后根据寿命等效原则(即随机载荷下的疲劳寿命与恒幅载荷下的疲劳寿命相等)提出了随机载荷下风电叶片疲劳可靠性评估的等效应力试验法;最后通过风电叶片复合材料的疲劳试验数据对本文方法的有效性进行验证.结果表明:本文方法能够有效预测与评估风电叶片复合材料的疲劳寿命及可靠性,为随机载荷作用下风电叶片的疲劳寿命预测及可靠性试验评估提供理论依据.     

宽带随机载荷下船舶结构的两种疲劳直接计算方法

针对船舶疲劳计算将外载荷以及波浪引起的船舶交变应力响应过程当窄带模型处理,而现实海况模型更接近宽带模型这一问题,考虑从应力范围分布为切入点,以实船结构为研究对象,采用两种直接计算法——HCSR直接计算方法和谱分析方法解决宽带随机载荷下的疲劳计算问题.谱分析法以Rice分布为基础,建立宽带载荷下等效应力范围的近似计算模型进行疲劳求解;而HCSR直接计算方法则用连续型模型Weibull分布来表示宽带谱下应力范围的分布模型,从而解决宽带随机载荷下求解疲劳寿命问题.研究结果表明:考虑宽带影响因素后,两种方法虽然采用模型不同,但结果相接近或趋势相同,证明两种方法对解决宽带下疲劳问题都有一定可行性;但谱分析法求解时采用多种等效应力近似模型,可满足不同带宽下的疲劳强度计算,结果更加准确可信.     

装载机工作装置的疲劳试验及疲劳可靠性评估

为了对装载机工作装置进行抗疲劳设计和疲劳可靠性评估,在获得ZL50G装载机工作装置固定姿态当量外载荷二维载荷谱的基础上,对载荷谱进行了等寿命加速处理,设计疲劳试验台进行加速加载疲劳试验研究,并对工作装置进行了极小子样疲劳可靠性评估。结果表明:利用加速加载谱加载35.88 h可以等效装载机连续作业495.67 h,实现了工作装置快速疲劳试验的目的;工作装置试件的实际疲劳寿命的平均值为9 132.20 h,疲劳破坏起始于销轴衬套与动臂焊接处,靠近动臂板处的焊趾裂纹源是造成疲劳断裂的主要因素;基于给定工作寿命和疲劳寿命试验结果的极小子样疲劳可靠性评估,获得了工作装置寿命与可靠度为3次多项式的数学关系。     

轮式装载机驱动桥疲劳试验及其疲劳可靠性评估

为了对轮式装载机驱动桥进行抗疲劳设计和疲劳可靠性评估,在获得ZL50G轮式装载机驱动桥输入轴实际工作扭矩载荷谱和转速统计的基础上,对驱动桥扭矩载荷谱进行了等效疲劳强化处理和正反转加载疲劳试验,并对驱动桥进行了极小子样疲劳可靠性评估.结果表明:驱动桥疲劳破坏主要发生在主减速器螺旋锥齿轮处,螺旋锥齿轮以弯曲疲劳破坏形式为主;轮边行星齿轮以接触疲劳破坏形式为主.在给定工作寿命的条件下,基于疲劳寿命试验结果的极小子样疲劳可靠性评估,获得了驱动桥工作时间与可靠度的关系曲线.     

机械零件随机疲劳的等效寿命蒙特卡洛法

机械零件在随机载荷作用下产生疲劳失效。本文建立随机疲劳失效的多维概率模型。论述推导机械零件疲劳失效分布的随机模拟公式。用等效寿命蒙特卡洛法在计算机上进行模拟统计和可靠性分析 ,加快收敛速度 ,提高实验精度。并结合实例 ,计算出轴类零件随机疲劳极限应力的可靠度 ,证明了此方法是可行的。     

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.     

柔性支承下风力机低速轴轴承疲劳寿命分析

随机风载荷和塔架的柔性支承容易使齿轮箱低速轴轴承受到复杂交变载荷,导致轴承疲劳损坏。为研究在柔性支承和变载荷下风力机齿轮箱低速轴轴承的疲劳寿命,文章建立柔性支承下风力机齿轮箱动力学模型,得出低速轴轴承动态载荷,并对轴承进行静力学分析。最后根据准静态学分析法,得到轴承应力谱,并基于Miner线性累积损伤法则对低速轴轴承的疲劳寿命进行估算。分析结果表明,滚动体与内圈接触区域的外侧倒角处接触应力最大,该最大接触应力结果与Hertz理论计算出的应力幅值结果较为一致;考虑塔架柔性支承下得到风力机低速轴轴承疲劳寿命小于其设计寿命,因此在风力机低速轴轴承设计时必须考虑塔架的柔性支承。     

冰区海洋平台构件的模糊疲劳可靠性分析

为便于冰区海上固定采油平台的设计和对其在服役期间的安全可靠性进行评估 ,运用模糊数学理论和疲劳寿命试验 ,提出了冰区海洋平台构件的安全疲劳寿命计算及其可靠性分析的方法。给出了冰区海浪及海冰载荷作用于平台构件上的随机疲劳应力幅的计算方法 ,分析了平台构件的疲劳累积损伤 ,提出了考虑模糊性之后对Min er法则的修正。据此 ,给出了安全疲劳寿命的估算方法 ,建立了新的模糊疲劳可靠性分析模型。按照此模型 ,给出了平台服役期间构件动态模糊疲劳可靠度的计算方法。疲劳寿命试验及计算实例表明 ,与采用常规的确定性Miner法则计算结果相比 ,按照该文方法计算得出的疲劳寿命更接近于疲劳寿命试验结果。     

冰区海洋平台构件的模糊疲劳可靠性分析

为便于冰区海上固定采油平台的设计和对其在服役期间的安全可靠性进行评估，运用模糊数学理论和疲劳寿命试验，提出了冰区海洋平台构件的安全疲劳寿命计算及其可靠性分析的方法。给出了冰区海浪及海冰载荷作用于平台构件上的随机疲劳应力幅的计算方法，分析了平台构件的疲劳累积损伤，提出了考虑模糊性之后对Miner法则的修正。据此，给出了安全疲劳寿命的估算方法，建立了新的模糊疲劳可靠性分析模型。按照此模型，给出了平台服役期间构件动态模糊疲劳可靠度的计算方法。疲劳寿命试验及计算实例表明，与采用常规的确定性Miner法则计算结果相比，按照该文方法计算得出的疲劳寿命更接近于疲劳寿命试验结果。     

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.     

条件可靠度等效寿命法及其应用

统计分析了桥式起重机大车运行机构的动载荷,获得了其扭矩概率密度函数的分布形式.本文将多级定常幅值载荷下的“条件可靠度等效寿命法”推广至随机载荷下机械零件的寿命可靠度分析,编制了相应的计算程序,并将其用于桥式起重机大车运行机构减速器输出轴的疲劳寿命可靠度计算.结果表明,本方法用于工程计算是可行的,其程序可用于一般机械零件的分析.     

风力发电机齿轮箱加速疲劳试验技术分析

针对风力发电机齿轮箱的高可靠性要求,提出了一种加速疲劳试验技术方法来验证齿轮箱的疲劳可靠性.根据齿轮箱的设计载荷谱,推导了其主要零件在寿命周期内的等效栽荷和应力循环次数;应用Miner线性累积疲劳损伤理论,计算了齿轮和轴承在设计寿命周期内的疲劳损伤度;采用线性强化载荷谱的方法建立了风电齿轮箱加速疲劳试验载荷谱,结果在大约800 h左右就验证了齿轮箱的疲劳可靠性.     

基于概率累积损伤及Wiener过程的转向架 可靠性研究

提出一种基于实测应力数据的研究城市轨道车辆构架疲劳可靠性变化规律的方法.为了建立结构损伤与可靠性之间的关系,通过新型启发式算法拟合出每一日应力谱的概率密度函数,进而基于统计分布特征推导了一种考虑载荷相互作用的概率累积损伤模型;然后考虑到某一结构区域不同传感器结果的差异性,采用具有随机效应的Wiener过程通过概率损伤统计量与马尔可夫链-蒙特卡洛方法求得结构可靠度随运营里程的总体变化规律.实测数据计算结果表明,提出的可靠性计算方法可以得到与工程经验相符的构架疲劳可靠性结果.     

采用瞬态有限元及加速寿命试验的谐波减速器时变可靠度评估方法

为了准确预估谐波减速器疲劳失效寿命,提出了一种谐波减速器时变可靠度评估方法。首先,建立了考虑动态接触干涉的谐波减速器整机瞬态动力学有限元分析模型,解决了谐波减速器柔轮危险位置处动态应力的求解问题;然后,进行谐波减速器加速寿命试验,结合寿命失效样本和最大似然估计,解决了强度退化参数的准确估计问题;其次,提出了结合剩余强度模型、随机摄动法和Edgeworth级数的谐波减速器时变可靠度评估方法;最后,以XB-60谐波减速器为算例,有限元分析和寿命失效样本均显示柔轮齿圈后端齿根处为应力集中的危险位置,与基于等效圆壳静应力或经验退化参数的可靠度评估方法相比,采用瞬态有限元及加速寿命试验的谐波减速器时变可靠度评估方法寿命预测误差最小,同时通过引入调整因子,提出的方法可应用至不同载荷下的谐波减速器时变可靠度评估。     

港口公路桥梁疲劳荷载谱研究与应用

为了对港口公路桥梁疲劳荷载谱进行研究,以浙江沿海一座港口公路桥梁为背景,连续跟踪其1年内的通行车辆荷载信息,研究港口公路桥梁的疲劳荷载谱。首先根据车轴数量和轴距将桥上通行车辆划分为7类,从车流量、轴载质量和轴距3个方面分析港口公路桥梁车辆荷载的分布特征;然后根据等效疲劳损伤原理,计算各车型的等效轴载质量和等效轴距,得到港口公路桥梁疲劳荷载谱;最后应用得到的疲劳荷载谱,采用热点应力法对该港口公路桥梁正交异性钢桥板的3个关键疲劳细节进行寿命评估。结果表明:两侧慢车道车流量占主要地位,占比高达总量的79.5%;四轴以上货车(V4~V7)在总车流量中占比高达81.5%,以V4、V5和V7为主;其中四轴车轴载质量均服从混合高斯分布,轴距均服从典型高斯分布;在港口公路桥梁疲劳荷载谱中,所有等效疲劳车辆的质量均大于10t,并且四轴以上货车占比高达85.9%;四轴以上货车对钢桥面板的疲劳损伤贡献率超过90%,其中五轴车和六轴2类车占比最高,约为70%,三轴2类车的疲劳损伤贡献率最低,占比不到1%;评估得到该桥钢桥面板的3个关键疲劳细节的疲劳寿命均小于设计使用寿命,并且疲劳细节P2和P3的疲劳寿命仅为4.4年和6.1年,后续应对其加强监测,以确保桥梁结构安全;得到的疲劳荷载谱对今后港口公路桥梁的抗疲劳设计和疲劳损伤评估具有较强的参考价值,疲劳寿命评估结果对该桥的后期维护具有指导意义。     

履带式装甲底盘侧减速器齿轮接触疲劳的可靠性分析

通过对典型路面实车试验获得的载荷数据进行处理,利用雨流计数法编制了传动系统的载荷谱.通过应力、强度干涉模型建立该底盘侧减速器可靠度的计算模型,然后利用接触强度寿命系数与应力循环次数的计算关系,求出了以行驶里程表达的主、被动齿轮接触疲劳可靠性寿命分别为11 583 km,18 533 km.分析目的在于研究侧减速器的失效机理、寿命预测方法,并通过评估其在服役环境下的使用寿命,为使用、维修和再制造提供策略、建议.     

载荷共享并联系统疲劳累积损伤可靠性模型

针对存在载荷传递、分担的并联系统,传统的并联系统可靠性模型已不适用.为了有效处理载荷共享并联系统的可靠性问题,首先分析了并联系统的相关失效,并分步计算并联系统可靠度,应用全概率公式和Miner理论对并联系统进行了疲劳累积损伤可靠性建模.其次,运用Monte Carlo方法对零件寿命服从Weibull分布的并联系统可靠度进行了模拟计算,同时对零件寿命服从对数正态分布的并联系统可靠度显式计算公式进行了推导.建立了变应力作用下并联系统疲劳累积损伤可靠性模型.     

疲劳剩余寿命分布的当量关系及可靠性计算方法

通过大量试验分析了两级载荷作用下疲劳寿命分布参数的变化规律,研究了非恒幅循环载荷下的疲劳强度可靠性问题的特点及计算方法,通过对疲劳过程中剩余寿命分布规律的分析和研究,针对程序载荷作用下疲劳过程的物理本质,提出了一个以载荷循环数一疲劳寿命干涉模型为基础,以“损伤等效原则”计算不同载荷水平之间的当量循环次数,并充分考虑不同载荷历史下剩余寿命分布参数的变化的疲劳可靠性计算方法。     

矿用自卸车轮边减速器传动系统动态可靠性研究

轮边减速器传动系统作为轮毂驱动系统的核心部件,其可靠性直接影响轮毂驱动系统乃至整车的运行可靠性和工作寿命.针对现有轮边减速器传动系统可靠性评估只考虑单一齿面失效或齿根失效的不足,提出考虑二者失效相关的动态可靠度计算方法.首先,在考虑齿轮材料强度退化的前提下分别建立齿面、齿根强度退化随机模型;然后,基于应力-强度干涉理论并采用Monte Carlo方法计算得到2种失效形式下考虑强度退化的齿轮动态可靠度曲线;其次,根据Copula理论建立同时考虑2种失效形式相关性的单一齿轮动态可靠度数学模型;最后,应用Sklar定理对零件失效过程的相关性进行描述,建立轮边减速器传动系统动态可靠度数学模型.通过算例验证结果表明:该方法能够揭示多失效形式和多因素相关条件下系统疲劳寿命与各零部件疲劳寿命之间的关系,可以为轮边减速器传动系统的可靠性评估和预测提供理论依据.