基于样本信息聚集原理的小子样疲劳特性分析

为了对小样本疲劳试验做出指导以及寻求小样本下S-N曲线最优拟合方法，对经典样本信息聚集方法进行了改进。基于不同应力水平下试样疲劳寿命概率分位点的一致性，采用数据共享与融合方法，实现不同应力水平下样本数据信息聚集应用。根据应力■疲劳寿命的线性关系，利用改进后的样本信息聚集方法，对小样本数据中各个应力水平下的疲劳寿命均值进行参数化逐步搜索，得到不同应力水平下疲劳寿命最优值，然后根据最小二乘法拟合出S-N曲线。对不同应力水平作为基准进行了S-N曲线的疲劳特性对比分析，算例结果表明，以低应力水平为基准结合改进后的方法拟合出的曲线与传统成组法拟合结果最大相对误差不到5%,预测出的疲劳寿命误差范围最小。由此可见，改进后的方法提高了小样本疲劳特性分析的可靠性。     

纤维增强铝锂合金层板不同加载方式下的疲劳性能

对纤维增强铝锂合金2/1层板及3/2层板材料进行疲劳寿命试验,通过对每种材料试样施加不同循环特征的循环应力(恒幅循环应力,应力比为R=-1;高-低加载,Mini-Twist谱载),共获得了6种应力-寿命试验数据.使用样本信息聚集原理,拟合出了各材料的P-S-N曲线.通过比较相同加载方式不同材料的S-N曲线的差异,对比分析了不同复合结构的材料疲劳性能的特点.结果表明:在5×10~4~5×10~5寿命范围内,恒幅R=-1及高-低加载载荷下,纤维增强铝锂合金3/2层板疲劳寿命性能均优于2/1层板;Mini-Twist谱载下,纤维增强铝锂合金3/2层板的疲劳性能总体上也优于2/1层板.     

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。     

考虑应力梯度的多轴缺口件疲劳寿命预测方法

以缺口附近疲劳损伤影响区的场强为损伤参量,结合Manson-Coffin方程提出一种多轴比例加载下缺口件疲劳寿命预估方法.首先,借助坐标变换矩阵定义应变能密度最大的平面为临界面,克服了传统能量法作为标量难以描述裂纹萌生和扩展方向的不足.其次,利用有限元软件分析临界面上等效应力分布规律,拟合距离危险点5 mm内等效应力分布函数,通过求相对应力梯度函数的驻点确定疲劳损伤影响区的大小,以疲劳损伤影响区的场强作为疲劳损伤参量对Q345钢多轴缺口件进行寿命预估.最后,将利用该方法、局部应力应变法的预估寿命与试验寿命进行对比,结果表明:两种方法预估寿命的误差都在2倍因子以内,但由于该方法考虑了应力梯度效应,预估精度要优于局部应力应变法.     

基于缺口应力法的焊接接头多轴疲劳分析

鉴于当前焊接接头疲劳评估曲线只适用于单轴加载情况,基于缺口应力法对焊接接头进行了多轴疲劳分析。通过联合焊接接头的多轴疲劳试验名义应力数据和有限元法所计算的缺口应力集中系数,获得了5种焊接接头的各向缺口应力;根据Von Mises、IIW和EESH 3种多轴疲劳准则计算出等效缺口应力并将其统一在同一坐标系统下;最后采用最小二乘法拟合出适用于多轴疲劳评估的缺口寿命曲线。与IIW标准推荐的单轴曲线相比,这些多轴缺口疲劳曲线具有更低的倾斜度和更高的疲劳等级,即多轴加载时明显降低了10~3~10~6次中周范围内的疲劳强度值,而对10~6~10~7次高周疲劳范围的影响则相对有限。     

高强度钢焊接接头疲劳强度

采用单点试验法和小样子升降法相结合的试验方法,在应力比r=0.12下,对高强度钢的两种焊接接头进行了拉拉疲劳强度试验。并对焊接接头型式对疲劳寿命的影响进行了数理统计分析。试验结果和分析表明:对接接头的疲劳极限σ0.12为230MPa;角接接头的疲劳极限σ0.12为130MPa;同时得到了两种接头型式的S N曲线和P S N曲线方程。在应力水平250MPa、置信度95%条件下,对接接头的中值疲劳寿命是角接接头中值疲劳寿命的6～8倍。     

基于Bootstrap法的小样本岩土参数标准值计算

针对小样本条件下岩土参数均值的t分布估计区间较宽、所得工程设计参数标准值偏离真值较大的问题,进行了岩土参数总体分布明确条件下的小样本勘察取样计算机随机模拟,利用充足批次重复抽样构建标准值空间,对比了非参数Bootstrap法与传统t分布法的区间估计差异,讨论了Bootstrap法岩土参数标准值随样本统计量及容量的变化规律.研究表明:同一置信水平下,Bootstrap法能充分利用小样本经验分布信息,有效收窄岩土参数的均值估计区间,所得标准值较t分布法更接近于真值;Bootstrap法的岩土参数均值置信区间宽度随样本容量增大而逐渐减小,其标准值与样本容量呈现良好的负幂函数关系,据此提出了以样本平均值为基准、样本容量和标准差为影响参数的标准值计算式;当样本容量n20时,Bootstrap法更能体现出减少标准值偏离真值误差的明显效果.     

一种新的疲劳可靠寿命计算方法

疲劳可靠寿命的计算方法中,存在模型误差、计算烦琐,使可靠寿命计算误差较大等问题·在分析现有问题的基础上考虑疲劳试验数据获得后绘制PSN曲线的实际过程,讨论了PSN曲线的绘制,给出了拟合的曲线方程·利用实际拟合的PSN曲线提出一种新的疲劳寿命计算方法,并由此建立了在恒幅应力作用下机械零件疲劳可靠性寿命预测的模型·利用该模型推导出工作应力服从指数分布、正态分布、对数正态分布和威布尔分布,寿命服从对数正态分布时疲劳可靠寿命的计算公式,供设计计算时使用·与原有计算模型相比,本文给出的计算模型不但消除了系统误差,还使计算大为简便     

车轮轮辐钢S500LF的疲劳性能

采用PX-100高频疲劳试验机,采用升降法在振动频率为100~120Hz、拉-压对称应力的条件下测定车轮轮辐钢S500LF的疲劳极限,并用数理统计方法分析确认疲劳极限为291MPa.此值作为母体50%存活率下的疲劳极限估计量时,以95%的置信度,相对误差不超过±5%.在测定的疲劳极限基础上,采用多试样法测得不同应力水平下的疲劳寿命,据此绘制出应力-寿命关系曲线,通过回归得到应力-寿命曲线方程.对试样断口进行了理论分析,结果表明试验钢韧性良好.     

采用等效载荷的装甲车辆扭力轴疲劳可靠性评估

为了评估扭力轴在随机载荷作用下的动态疲劳可靠性,提出了一种基于疲劳可靠性异量纲干涉模型的扭力轴动态疲劳可靠性评估方法。将实测扭力轴载荷频次谱进行分布拟合,生成随机载荷历程,利用雨流计数法获得载荷幅值、均值和循环次数,经平均应力修正后统计极值载荷分布,构建等效输入应力谱,避免了多次载荷等效的统计分析;基于材料P-S-N曲线,应用样本集聚原理建立疲劳寿命概率分布连续模型,实现变幅应力疲劳寿命的连续表达。对某扭力轴疲劳可靠度的分析结果表明:在寿命为15×104 km时,计算的扭力轴疲劳可靠度与文献方法计算结果相对误差小于2%,扭力轴疲劳可靠度的50次和10 000次仿真结果的变异系数均小于1%。     

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。     

连续管疲劳试验装置研制和实物试验研究

为了能比较真实地模拟连续管在实际作业工况条件下,即在弯曲和内压联合作用下的疲劳寿命,研制出了一套专门用来进行连续管低周疲劳寿命的实物试验装备。该装置可以在0￣70MPa的内压条件下测试直径范围为12.7￣88.9mm的连续管的疲劳寿命。通过对直径和壁厚为38.1mm×3.2mm的CT-80连续管进行初步实物试验,获得了连续管疲劳寿命(循环次数)与内压的关系曲线、连续管循环次数与胀径关系的曲线、连续管循环次数与椭圆度的关系曲线以及连续管循环次数与壁厚的关系曲线。实物试验结果与国际先进的软件预测结果一致。     

GCr15钢超高周的疲劳行为

以GCr15钢为试验材料进行旋转弯曲超高周疲劳行为的试验研究,用电子显微镜对试样断口进行观察.结果表明:疲劳裂纹的萌生机制可以分为两种,一种为表面裂纹萌生机制,发生在高应力幅短寿命区,是由试样表面晶体滑移或表面夹杂引起的;另一种为内部裂纹萌生机制,发生在低应力幅长寿命区,是由试样内部的非金属夹杂物引起的.通过对试验结果的分析和处理,描绘出了GCr15钢的S-N曲线.通过对裂纹萌生位置处尺寸参数的计算和评估,阐述了裂纹萌生于内部的破坏机理,提出了基于裂纹尺寸参数的超高周疲劳极限的推定方法.     

35SiMn调质齿轮弯曲疲劳强度的试验研究

在齿轮设计中,国产材料齿轮的弯曲疲劳极限应力仍然缺乏可靠的试验数据,大多是沿用ISO6336提供的数据。而国内、外的齿轮材料在许多方面都存在一定的差异,以致影响齿轮设计的可靠性。笔者就35SiMn调质齿轮弯曲疲劳强度作了试验研究。试验在进口的STRON1603型电磁谐振疲劳试验机上完成。短寿命区采用四级恒定应力水平的成组试验法,长寿命区采用应力升降法。在试验数据的基础上,根据统计学原理,拟合出完整的C-R-S-N曲线,并获得各种可靠度下的弯曲疲劳曲线,从而为国产材料齿轮设计提供了必要的基础数据。     

基于改进损伤算法及MCMC车流模拟的 混凝土桥梁疲劳寿命预测

基于改进损伤算法及多车道精细车流模拟,提出一种新的混凝土桥梁疲劳寿命的预测方法.改进损伤算法将每一次循环造成的损伤计入S-N曲线,对疲劳荷载作用下材料的S-N曲线进行了修正,使得材料疲劳寿命预测结果更贴近真实状况.采用马氏链蒙特卡洛模拟法(Markov Chain Monte-Carlo,MCMC),考虑车流中相邻车型及车道的相关性,生成多车道精细车流.分别通过一组钢筋混凝土梁及一组预应力混凝土梁多级变幅疲劳试验对改进损伤算法的准确性进行了验证.介绍MCMC多车道随机车流模拟的具体流程,并提出基于改进损伤算法及多车道随机车流模拟的混凝土桥梁疲劳寿命预测方法.最后,以某高速公路实测交通流数据与一座跨径为20 m的简支T梁桥为例进行分析.结果表明:5组试件预测误差较常规损伤算法均有明显降低,除两根预应力混凝土梁预测误差较大(53％～56％)外,其余3组试件误差较小(小于8％),表明改进损伤算法可用来预测混凝土桥梁的疲劳寿命;实例分析中,简支T梁桥各主梁应力幅谱呈现多峰分布的特征,与车辆荷载分布特征相似,验证了模拟的合理性;根据改进损伤算法预测,当年交通量增长率(Average Annual Growth Rate,AAGR)为0时,该T梁桥的疲劳寿命为77.50年,不满足设计使用年限要求.AAGR为3％时,疲劳寿命为52.49年,较AAGR为0时下降32.27％.     

局部应力应变法的试验研究

概述了局部应力应变法的原理和现有的各种理论,试验测定了40CrNiMoA材料的循环应力应变曲线、应变寿命曲线,并做了随机载荷作用下缺口试件的疲劳试验.用上述各种理论估算了缺口试件的疲劳寿命,并与试验结果作了比较分析。     

低碳合金钢18CrNiMo7-6齿轮弯曲疲劳试验研究与误差分析

齿轮弯曲疲劳试验是评价齿轮弯曲疲劳性能的重要手段,为保证试验结果的准确性,探究试验过程误差对试验结果的影响。根据GB/T 14230—1993《齿轮弯曲疲劳强度试验方法》中的B试验法以跨五齿对称加载方式制定弯曲疲劳试验方案,进行有限元仿真与电阻应变片测试验证试验方案的正确性,采用升降法开展18CrNiMo7-6喷丸齿轮弯曲疲劳试验,分析齿轮几何精度、装夹误差以及设备加载精度对弯曲疲劳试验结果的影响。结果表明：试验方案计算齿根弯曲应力与有限元仿真以及电阻应变测试的结果最大误差为8.7%,满足工程需求;99%可靠度下18CrNiMo7-6喷丸齿轮弯曲疲劳极限为642 MPa,相比国标中MQ级的500 MPa提高28%,标准设计偏保守。齿轮的几何精度以及试验设备精度对弯曲疲劳试验结果影响较大,考虑误差综合作用对试验结果的影响为2.43%。