基于仿真技术的汽车鼓式制动器失效分析

通过建立鼓式制动器刚柔耦合虚拟样机模拟制动器制动的实际加载过程,建立鼓式制动器的接触分析模型;应用动力学和有限元方法对鼓式制动器进行接触分析,得到了接触压力、应力、应变分布规律;分析E260型载重车制动鼓法兰圆角处的开裂失效问题并进行材料检测试验.结果表明:接触压力分布不均及机械应力集中是导致制动鼓开裂失效的直接原因.     

多次紧急制动工况下的鼓式制动器热-结构耦合分析

针对汽车鼓式制动器在制动过程中的开裂失效问题,基于运动学、动力学、摩擦学与热-结构耦合的综合分析技术及实验技术,建立了三维瞬态热-结构耦合理论模型及有限元模型;分析多次紧急制动工况下制动鼓温度场和应力场在径向、周向、轴向的分布特征,得到了结构场与温度场的耦合作用结果 ;分析了温度、应力应变、压力三者间的相互耦合作用规律.结果表明:制动鼓的开裂失效主要处于温升大的区域,是由热应力引起的热疲劳失效,且由于周向压应力比径向和轴向压应力大,从而导致制动鼓的裂纹方向均为沿轴向伸展.     

鼓式制动器瞬态温度场数值模拟计算

依据传热学理论和鼓式制动器的结构特点，分析了鼓式制动器的生热和散热过程，并用有限元法建立了制动鼓瞬态温度场数值模拟计算模型。以EQL092货车后轮鼓式制动器为研究对象，运用ANSYS软件对其制动鼓在持续制动工况下的温升过程进行了数值模拟计算，得出了制动鼓的温度场的三维分布状况，分析了瞬态温度场的变化情况。经过试验验证，计算结果与实测值误差在20％以内。     

鼓式制动器接触分析

通过建立鼓式制动器的理论模型，并运用工程分析软件ANSYS对摩擦衬片和制动鼓之间的摩擦接触进行分析，得出接触压力的分布行性及制动器的应力分布场，强化了理论设计。结果表明这一方法对于鼓式制动器的分析计算有很高的精度。     

W300-1型扣件弹条疲劳寿命的预测和评估

为有效评估和预测W300-1型扣件弹条在实际工作状态下的疲劳寿命,综合考虑弹条材料的弹塑性力学特性及复杂接触关系,建立有限元模型;分析弹条在不同安装扭矩下的受力情况,并用数字图像相关（DIC）测试结果予以验证;基于京沪高铁实测轮轨力时程曲线,施加等效循环疲劳载荷谱,结合弹条材料应变-寿命曲线,预测弹条疲劳寿命;分析安装扭矩、疲劳载荷幅值、以及两者匹配关系（应力比）对弹条疲劳寿命的影响。结果表明：无论处于略微欠拧、正常安装或过拧状态,弹条危险点位置均位于跟端圆弧内表面,已发生塑性变形。弹条疲劳寿命随安装扭矩和疲劳载荷幅值的增加而降低,与危险点应力比呈线性关系。因此,为保证弹条的实际使用寿命,特别是在车速较高或波磨较严重的线路,建议弹条安装时安装扭矩不超过300 N·m。     

山区公路长下坡路段货车鼓式制动器温升规律数值分析

结合龙岩典型长下坡事故黑点路段,建立鼓式制动器温升规律有限元热分析模型,对货车鼓式制动器在紧急和持续制动工况下的温升规律和具体路段下重复制动货车鼓式制动器的温升规律进行了深入分析,并进行了实车试验验证.研究结果表明:车辆载重、车辆运行速度、道路坡度、制动鼓比热容是影响制动鼓温升规律的主要因素;实车制动行为与驾驶员心理、车辆运行速度及道路线形条件有密切关系,只有结合具体路段车辆运行状况及制动方式才能相对准确地进行模拟分析实际制动鼓的温升规律;基于运行速度的长下坡路段制动鼓重复制动温升规律模拟是一种可参考使用的方法.     

基于疲劳模量的复合材料层合板疲劳寿命预测方法

以碳纤维/树脂基T300/QY8911层合结构为研究对象,从唯象的观点出发,以疲劳模量为参量构造损伤函数,基于.几组最典型的单向板疲劳试验数据,采用等寿命曲线和复合型累积损伤建立了单向板在多轴循环应力作用下的疲劳寿命模型.并以此为基础,发展了同种材料体系的任意铺层形式的多向层合板在复杂循环载荷作用下的疲劳寿命预测方法和计算程序,通过整合有限元平面应力分析、失效分析和材料性质退化模块模拟了多向层合板的疲劳失效过程.算例结果表明该方法可行、有效.     

办公座椅疲劳强度分析

针对办公座椅在使用中易发生断裂破坏等问题,给出了座椅的运动力学模型,并进行了座椅疲劳寿命预测。首先,对办公座椅的结构和使用状态进行运动学分析,得到破坏零件的约束和载荷条件;其次,运用有限元分析得到座椅在不同工作状态下的最大工作应力、易损零件的应力云图、工作应力与座椅仰角的关系等,数值模拟计算结果与实际的破坏点一致,说明研究方法的合理性;最后,基于最大工作应力和材料疲劳寿命曲线,分别采用传统测量法和热像法得到办公座椅不同工作状态时的疲劳寿命曲线。研究结果表明:采用两种方法得到的疲劳寿命曲线基本一致。随着座椅仰角的增大,座椅的使用次数迅速减小;当座椅仰角3°时,采用传统测量法得到的座椅寿命更久;反之,采用热像法得到的座椅寿命则相对更久。     

复杂应力状态下20g材料热机械疲劳试验研究

现代工业正在向着高速、高温、高压的方向发展,疲劳问题严重威胁着现代工业设备的安全。据统计,在各类零部件的断裂失效中,约有80%是疲劳破坏引起的,其中常见的一种疲劳失效为复杂应力状态的热机械疲劳失效,因为其涉及高应变循环载荷、温度循环载荷、蠕变载荷和环境效应等,目前对这个复杂过程的机制还没有一个完整性的认识,对它的物理和力学模型的讨论也未能有一个统一的定论。所以对热机械疲劳问题的研究具有巨大的理论和工程实际意义。本文通过对焦碳塔常用材料20g进行热机械疲劳总寿命试验,比较了不同缺口形式、不同应变幅、不同保载时间对热机械疲劳总寿命的影响。     

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。     

复合材料层压板疲劳寿命预测方法

测定了碳纤维／树脂基T300／QY8911复合材料的3组典型单轴循环应力下的S-N曲线．基于试验数据，建立了多轴循环应力作用下单向板的寿命模型，并通过整合平面应力分析、失效分析和材料性质退化模块模拟多向层压板的疲劳失效过程．这种方法试图基于单向板在确定应力比下的疲劳试验结果，预测同种材料体系的任意铺层形式的多向层压板在复杂循环应力作用下的疲劳寿命．对于以分层破坏为主控因素的层压板，基于层间应力的计算结果，用计算面内累计损伤的方法计算分层损伤，层压板的寿命等于分层扩展寿命和分层后子层板剩余寿命之和．考虑分层扩展后，层压板的寿命预测结果得到明显改善．     

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。     

受内压航空管道弯曲疲劳可靠性

引入结合Kriging代理模型法和Monte Carlo抽样法的主动学习可靠性分析方法（AK?MCS）,以管道尺寸、作用载荷以及管材属性为基本随机变量,对受内压悬臂管道在给定工况（即28 MPa内压,自由端5.06 mm纵向位移循环载荷）下的疲劳寿命进行可靠性分析。首先根据管道三点弯曲疲劳试验结果,通过线性回归分析建立管道的Manson?Coffin疲劳寿命模型,而后采用AK?MCS方法获得管道的疲劳寿命?失效概率/可靠度曲线,为内压管道的工程应用提供了基于概率的寿命预测结果。根据该曲线进而得到管道的疲劳寿命频数直方图,发现弯曲疲劳寿命总体上呈正态分布。此外,通过与Monte Carlo方法的比较,证实了AK?MCS方法在保证受内压航空管道弯曲疲劳可靠性分析精度的同时,还大大降低了计算量。     

防松帽搭接焊缝力学性能及分区建模方法

为了建立精细有限元模型,提高焊缝疲劳寿命仿真预测精度,需准确获取焊缝区的组织及材料力学性能分布.通过金相试验得到了焊缝区域组织分布,结合硬度试验和经验公式获取了焊缝微小区域组织应力-应变曲线参数.根据试验结果分析提出一种焊缝分区建模方法,并利用准静态拉伸试验验证了该方法的正确性,为进一步分析焊缝区域失效机制以及预测疲劳寿命奠定了基础.     

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.     

应力幅比对2A12-T4铝合金多轴疲劳裂纹萌生及扩展行为的影响

许多工程结构在服役过程中往往承受着复杂的多轴疲劳载荷,仅靠单轴载荷来简化复杂载荷状态的失效预测方法将不再适用。因此,准确预测复杂载荷下工程结构的多轴疲劳失效行为对提高结构安全性具有重要意义。疲劳裂纹萌生及扩展是疲劳失效行为最直观的反应,针对2A12-T4铝合金实心圆棒试件,在相同的等效von Mises应力幅值下,开展了不同应力幅比下的多轴疲劳试验。采用金相显微镜对试件表面裂纹萌生及扩展行为进行了观测,研究了不同应力幅比下试件表面裂纹形态及扩展路径,探讨了不同应力幅比下2A12-T4铝合金多轴疲劳失效行为。结果表明,对于2A12-T4铝合金,试件表面均存在多条裂纹,导致疲劳破坏的主裂纹只有1条;裂纹萌生方向接近于最大切应力幅值平面,裂纹扩展第Ⅰ阶段的长度与方向同时受到应力幅比的影响;主裂纹扩展路径主要沿着最大切应力幅值平面,最大切应力幅值是引起2A12-T4铝合金多轴疲劳失效的主要控制参量。     

S45C钢轴向-扭转两阶段载荷下的疲劳寿命预测

针对S45C钢进行了一系列拉压载荷与扭转载荷不同加载顺序疲劳试验,用以考察载荷的改变对损伤和寿命的影响.试验结果表明,先拉压后扭转载荷下失效时的损伤值大于1,先扭转后拉压载荷下失效时的损伤值多数小于1,载荷模式和应力水平共同影响着失效时的损伤值.采用线性损伤律、双线性损伤律、损伤曲线方法和Morrow的非线性损伤律进行了寿命预测.从预测结果的比较看,各模型均具有过于安全的预测趋向.     

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。本文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S-N曲线,基于材料S-N曲线及小子样测量耙模拟试件疲劳试验数据修正,提出了一种基于材料拉伸试验数据的构件S-N曲线预测方法,并开展了模拟构件的疲劳试验,试验结果验证了该方法的可行性及合理性,确定的测量耙构件疲劳曲线可用于后续测量耙加速考核试验中振动量级的选择,该方法也可进一步扩展到工程中预估复杂结构件的载荷-寿命关系。     

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.     

基于结构应力法的钢管混凝土焊接接头疲劳评估

裂纹尖端应力的奇异性导致传统疲劳评估法和部分标准对焊接结构疲劳寿命预测精度不够，影响工程结构可靠性。裂纹扩展是焊趾或焊根所在截面外载荷驱动造成的，基于焊缝处力平衡关系提出结构应力法。该方法将单元节点力转换成线力，并综合考虑不同焊接接头类型、板材厚度和加载模式。运用断裂力学理论将微小复杂裂纹扩展至疲劳失效全过程统一起来，以等效结构应力幅值推导出主S-N_d曲线疲劳评估表达式。采用不同单元仿真试件证明了结构应力法具有网格不敏感力学特征，与试验数据对比，焊缝的薄弱位置和实际疲劳裂纹一致，验证了结构应力法具有较高的疲劳预测精度。钢管混凝土焊接结构验证了结构应力法在疲劳寿命评估时具有有效性和可靠性。