国内外钢筋高周疲劳试验标准研究

钢筋通常用于建筑结构中的梁、柱、板等，其具有承压、抗剪和增加构件之间稳定性的功能.钢筋的疲劳性能对其稳定性评估至关重要，其中钢筋的高周疲劳试验是其重要的疲劳性能评估标准之一，因此如何进行钢筋的高周疲劳试验是一个关键性问题.目前，存在许多与钢筋高周疲劳试验相关的标准，对国内外相关标准进行对比分析，为今后定制钢筋高周疲劳试验专项研究标准提供参考和指导.研究发现，国内标准在试件长度、频率、结果评估等方面要求较一致，在疲劳参数选取方面差异较大，没有对全寿命周期S-N曲线绘制进行标准规定.结合国内对钢筋高周疲劳试验的需求以及国外标准的相关规定，建议完善国内标准中的试验疲劳参数要求，增设对S-N曲线绘制进行二折线方法绘制的规定.此外，建议将国内标准中有关钢筋高周疲劳试验的部分进行整合和处理，以形成一个统一的钢筋高周疲劳试验专题研究标准.     

桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋概率S-N曲线研究

为研究桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋的疲劳特性,对HRB500钢筋标准试件进行对称循环荷载下轴向拉压疲劳试验,得到不同应力水平下HRB500钢筋标准试件的疲劳寿命及其累积失效概率.在此基础上,以相关系数p和Theil不等系数u作为估计精度评价指标,对3种常用的三参数威布尔分布参数估计方法进行对比研究,并用精度最高的灰色预测法对HRB500钢筋标准试件疲劳寿命的威布尔分布参数进行估计,得到不同应力水平下HRB500钢筋疲劳寿命分布函数.最后,基于Kohout-Vêchet方程,建立全应力水平范围内可靠指标为4.2的HRB500钢筋概率S-N曲线.本文的研究成果可为服役期间组合荷载下桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋疲劳寿命预测模型的建立提供试验依据.     

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。     

基于链板理论S-N曲线的链条疲劳可靠性设计

链条传动在石油机械、农业机械等领域应用广泛。链条可靠性对于机械系统可靠性具有重要影响。链条的主要失效形式是链板疲劳断裂,链板零件强度寿命(S-N)曲线是链条疲劳可靠性设计的重要基础。合理可行的链板零件理论S-N曲线可以避免开展疲劳试验或者仅仅进行少量疲劳试验;且便于工程应用。提出了链板零件S-N曲线的理论处理方法。基于链板零件理论S-N曲线,给出了板式链条疲劳可靠性设计方法。通过实例分析结果与板式链条常规设计原则相对比,验证了链板零件S-N曲线理论处理方法和板式链条疲劳可靠性设计方法的可行性。     

缺口对车轴钢疲劳性能的影响

采用钼丝进行线切割,制作了车轴钢表面缺口试样,运用有限元方法,计算了不同缺口的理论应力集中系数,通过旋转弯曲试验得到光滑试样和缺口试样的疲劳寿命(S-N)曲线,研究了不同缺口应力集中系数下车轴钢的参数变化规律.结果表明,缺口对材料疲劳寿命的影响,不仅仅表现在其S-N曲线相对于光滑试样S-N曲线整体下降,而且不同缺口S-N曲线左段的直线部分斜率也是不同的.     

考虑S-N曲线不确定性的概率疲劳寿命预测

传统的基于S-N曲线的疲劳寿命预测方法均认为寿命预测模型中各参数可通过试验、仿真、拟合等进行确定,即在给定加载环境下,各参数为确定的常数,进而将各参数代入预测模型,得到确定的疲劳寿命值.该类方法认为模型中各参数为确定的常数,属于确定性寿命预测方法.确定性寿命预测方法适用于试验数据充足情况下的疲劳寿命预测和评估.然而,工程实际中,受研发周期的限制,以及可能存在资金短缺和技术上的困难,开展大量试验具有较大的难度.同时,由于试验所采用的试件各有不同,且试验操作、数据读取等依赖于试验设备的精确程度及试验人员的主观判断,这些因素进一步增大了疲劳寿命的不确定性.S-N曲线是材料或结构寿命预测的基础,主要通过大量的疲劳试验和拟合分析得到.受诸多不确定性因素的影响,常幅载荷下的疲劳寿命往往具有不同程度的分散性,从而使得S-N曲线存在不确定性.因此,为实现与实际情况相吻合的寿命预测,需考虑S-N曲线的不确定性.本文对影响焊接接头疲劳寿命的不确定性因素进行概述,将多项式混沌理论引入到疲劳寿命预测中,并结合非线性累积损伤模型,构建考虑S-N曲线不确定性的焊接接头累积损伤模型及概率疲劳寿命预测方法.     

2E12铝合金板材疲劳寿命的灰色预测

2E12铝合金是一种比较理想的飞机蒙皮材料,为了更好地预测2E12铝合金的疲劳寿命,文章以2E12试件为研究对象,进行疲劳试验,获得材料的S-N曲线,利用灰色系统理论建立GM(1,1)模型和等维灰度递补GM(1,1)模型,生成预测模拟值,将模拟值和试验数据进行残差检验,验证预测数据的准确性,从而得出模型预测S-N曲线。计算表明,GM(1,1)模型和等维灰度递补GM(1,1)模型的预测模拟值与初始数据基本一致,模型预测S-N曲线与材料S-N曲线吻合程度较高,因此,可通过以上模型实现对2E12铝合金板材的疲劳寿命预测。     

飞机主起落架撑杆接头疲劳寿命分析

某主起落架结构在设计初期的疲劳试验中暴露出撑杆接头为疲劳薄弱部位,不能满足飞机寿命的要求,需要对撑杆接头进行结构改进设计。运用MSC.Fatigue疲劳寿命分析软件,以设计初期的撑杆接头疲劳试验寿命为基础,对材料的S-N曲线进行适当修正得到零构件的S-N曲线,然后运用"类比法",对改进后的撑杆接头采用起落架实测载荷谱进行疲劳寿命分析。这种零构件寿命分析方法计算结果可靠性较高,分析后认为改进的撑杆接头能够满足飞机寿命的要求,在后期的主起落架疲劳试验中改进设计的撑杆接头通过了疲劳试验验证。     

用热点应力评定双相不锈钢焊接接头疲劳强度

针对双相不锈钢焊接结构的疲劳性能问题，通过试验对双相不锈钢纵向角接板焊接接头和侧面角接板焊接接头疲劳强度用热点应力进行了评定，做出了热点应力S-N曲线并与名义应力疲劳评定进行了比较．说明符合本试验型式及尺寸的这两种焊接接头用名义应力评定时疲劳数据分散性很大，试验疲劳级别分别为FAT136和FAT102；用热点应力评定时疲劳数据分散性明显减小，其疲劳强度可以用一条S-N曲线表示，试验疲劳级别为FAT162。     

随机载荷下汽车排气系统波纹管疲劳损伤分析

针对工程中运用到汽车尾气排放系统中的柔性连接波纹管疲劳破坏的问题,结合UG和Hyper Mesh建立有限元分析模型,利用模态叠加法在Nastran求解器中求得典型路谱外环坏路路谱六自由度随机载荷下的瞬态应力场,然后基于疲劳剪切试验下结构件的S-N曲线和n Code Design-life进行外环坏路路随机载荷下的疲劳损伤分析。分析及试验结果表明:文中的方法可以较准确地定位波纹管疲劳断位置,而且对疲劳损伤度的预测也较准确,验证了分析方法及S-N曲线的有效性,进而为工程上此类波纹管疲劳损伤计算与结构优化提供重要的参考,缩短波纹管的试验及研发周期。     

钢桥面板顶板与竖向加劲肋连接角焊缝疲劳试验

为研究钢桥面板顶板与竖向加劲肋连接角焊缝的疲劳性能,采用机械型振动疲劳试验机对制作的9个试件进行等幅疲劳加载,并通过名义应力和热点应力2种方法对试件焊缝疲劳性能进行评价。试验结果表明：疲劳荷载作用下,试件疲劳裂纹开展路径均从焊趾处萌生、沿焊趾开展、最终垂直于焊趾沿板横向往两侧对称扩展。采用名义应力法时,试验结果均位于JSSC-G疲劳强度为50 MPa的S-N曲线上方;采用热点应力法时,试验结果均位于Eurocode 3规范疲劳强度为100 MPa的S-N曲线上方。建议本试验构件疲劳细节的角焊缝疲劳强度取名义应力50 MPa、热点应力100 MPa。     

基于修正S-N曲线的电池包支架疲劳仿真影响因素分析研究

随着汽车工业电动化、节能化发展需要,对电池包搭载的疲劳性能仿真开发研究越来越重要,其中材料的S-N曲线是最根本也是最重要的疲劳影响因素。在某电动客车疲劳性能开发过程中,通过对材料的S-N曲线的修正,分析研究其对于疲劳结果的影响趋势,为满足不同安全系数和开发要求进行疲劳仿真提供参考。     

硬质金属材料多轴高周疲劳寿命快速预测方法

在对30CrMnSiA钢多轴疲劳寿命研究的基础上，基于单轴拉压和纯扭S-N曲线，提出了等效S-N曲线的概念。基于等效S-N曲线，建立了预测硬质金属材料多轴疲劳寿命的经验公式。采用该公式对文献中的多种硬质金属材料进行了寿命预测，预测结果显示94.0%以上的数据点均处于±3倍疲劳寿命分散带之内，81.8%以上的数据点处于±2倍疲劳寿命分散带之内。     

临界应力比下M24高强螺栓的常幅疲劳性能试验研究

针对材质为35 K的8.8级M24高强螺栓进行了3个试件静力拉伸试验和15个试件临界应力比下(R=0.8)的轴心"拉-拉"常幅疲劳试验,拟合了应力-循环次数曲线(即S-N曲线),选取典型试件疲劳断口进行宏观和微观分析,并与基于国家标准GB 50017-2017相关公式的计算结果进行了对比。结果表明:疲劳试验数据离散性大,对应循环破坏次数整体偏低,但均在95%置信区间内,拟合的S-N曲线基本反映不同应力幅下试件的疲劳寿命;螺栓试件常幅疲劳破坏均起始于螺纹齿根处,疲劳失效由多点疲劳源扩展形成线状疲劳源,断口韧窝特征明显;对比试验结果和国家标准规定允许的疲劳建议值,2×10~6次循环对应的疲劳强度为标准建议值的1.35倍。     

单侧压下混凝土受拉疲劳试验研究

首次对混凝土在侧压分别为0．25fc和0．50fc作用下进行了受拉疲劳试验,得到了S-N方程,应力应变曲线,应变、疲劳变形模量比与循环次数关系曲线．应变、疲劳变形模量比与循环次数关系曲线表现为三阶段规律,通过定义的对数线性变换把上述三阶段曲线转换为直线,并利用了应变与循环次数关系第二阶段稳定变化的规律,对疲劳寿命进行了预测．     

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。     

铝合金车轮弯曲疲劳寿命的仿真分析与试验研究

该文运用有限元分析软件ABAQUS,对某铝合金车轮旋转弯曲疲劳寿命进行了仿真分析,得出易于产生疲劳裂纹的应力集中点及其最大应力值。其次,采用疲劳寿命名义应力法建立了铝合金车轮的S-N曲线,计算应力集中点的应力幅与平均应力,将等效应力幅取对数代入S-N曲线,预测所分析铝合金车轮的疲劳寿命。最后,进行了改进前后铝合金车轮的旋转弯曲疲劳台架试验,验证了仿真结果。分析表明,名义应力法可以较好预测铝合金车轮的疲劳寿命。     

基于SACS的海上风机导管架基础疲劳参数敏感性分析

采用SACS软件建立海上风机导管架基础频域疲劳分析模型，选取不同波浪谱与谱参数生成波浪荷载，选用不同S-N曲线及SCF经验公式计算导管架基础及与塔筒连接部位疲劳寿命，分析关键参数对结构热点部位疲劳寿命计算结果的影响。分析表明，S-N曲线、SCF计算方法、波浪谱、腐蚀、桩土弱化作用等因素对导管架基础管节点疲劳寿命计算结果均具有较大影响。     

泡桐木夹层梁的弯曲疲劳试验

对采用真空导入工艺的泡桐木夹层梁进行4点弯曲疲劳试验,研究发现泡桐木夹层梁的破坏形式主要有界面的脱黏、芯材的剪切破坏、面板分层等。试验过程中采集试件的S-N曲线,采用3种寿命预测公式对其进行线性拟合,得到该泡桐木夹层梁的寿命预测公式。基于S-N曲线在实际工程中的应用,引入失效率的概念,采用双参数的Weibull函数分布,对不同应力等级下的失效率进行研究,从而得到泡桐木夹层梁P-S-N曲线。     

三体船连接桥结构疲劳强度试验研究

针对某型三体船,采用谱分析方法进行全船疲劳强度分析,确定了疲劳问题严重的连接桥结构部位,设计了实板厚疲劳试验模型.通过疲劳试验获得了典型载荷工况下的疲劳寿命值,分别采用最小二乘法和定斜率极大似然法拟合应力范围-循环次数（S-N）曲线.在此基础上对船体典型节点部位进行疲劳强度评估,对已有校核结果进行修正.结果表明：对三体船连接桥部位进行疲劳强度评估时,采用定斜率极大似然法获得的S-N曲线较为合适.