随机谱和程序谱及均方根载荷加载的裂纹扩展寿命研究

本文研究了随机谱加载、程序谱加载和均方根载荷加载的实验和疲劳裂纹扩展寿命估算.从实验和理论计算结果表明:对飞机谱载荷,程序谱加载,均方根载荷加载的疲劳裂纹扩展寿命皆比随机谱加载的寿命长.如果将程序谱的周期长度(一个程序周期的循环数)减50%,则所得的裂纹扩展寿命趋近于随机谱加载的寿命.     

基于动载荷谱的齿轮弯曲疲劳寿命预测

为了探讨齿轮弯曲疲劳寿命计算问题,将齿轮疲劳总寿命分为两个阶段,即疲劳裂纹萌生寿命和裂纹扩展寿命.通过ADAMS软件仿真实验齿轮的工作情况,使其接近真实状况,得到齿轮载荷谱.根据齿轮载荷谱,利用有限元ANSYS软件分析在齿轮齿根危险截面处的最大应力.采用断裂力学、雨流法和Miner疲劳损伤累积模型,对考虑动载荷情况下的齿轮弯曲疲劳寿命进行预测,推导了齿根裂纹萌生期和扩展期的疲劳寿命计算公式.在高频疲劳试验机上对算例齿轮进行了双齿脉动加载齿根弯曲疲劳寿命实验研究,理论计算结果与实验结果基本吻合,验证了本文理论分析的正确性.     

大型回转窑支承轴断裂在线诊断技术

针对回转窑载荷和刚度分布复杂、各支承运行中存在偏移,造成支承载荷分配严重不均,使得支承的托轮轴运行中突然断裂,严重影响生产的正常进行,造成重大的经济损失和安全事故的情况,通过分析回转窑托轮轴疲劳断裂过程刚度的变化,提出一种回转窑托轮轴断裂在线诊断方法.该方法采用对托轮基座的振动进行检测与分析,利用托轮轴疲劳断裂过程中刚度和振动信号特征发生较大变化来判别疲劳裂纹的发生、扩展情况.用超低频加速度传感器、电荷放大器、数据采集卡和计算机等组成在线测试系统,对现场回转窑进行振动测试与分析,得出一些有益的分析结论,从而为合理安排窑的维护、检修提供依据.图8,参9.     

基于裂纹扩展阻力曲线的钢结构构件断裂行为评估模型

为准确预测钢结构构件的断裂破坏,提出了基于裂纹扩展阻力曲线的评估方法。基于前期开展的低温下结构钢材的裂纹尖端张开位移(CTOD)试验结果,采用试验数据回归和理论分析方法,对裂纹扩展阻力曲线的参数进行标定,并分析裂纹扩展阻力曲线形式与含裂纹钢构件断裂模式的关系。结果表明:当构件初始裂纹长度大于临界值且钢材裂纹扩展阻力曲线呈上凸形时,构件发生韧性断裂;当构件初始裂纹长度小于临界值且阻力曲线呈上凸形时,或当阻力曲线呈水平直线时,构件发生脆性断裂。本文理论模型计算的最大载荷点裂纹扩展量与试验实测值吻合较好,验证了理论分析的准确性,可应用于钢结构构件的防断设计。     

齿根初始裂纹倾角对圆柱齿轮疲劳寿命的影响

用有限元方法模拟圆柱齿轮齿根处疲劳裂纹的扩展过程.分析齿轮中疲劳裂纹的扩展路径和扩展形貌,依此设定合适的寿命积分路径,对齿轮的疲劳寿命进行预测,分析初始裂纹倾角对齿轮中疲劳裂纹的扩展形貌以及齿轮疲劳寿命的影响.结果表明:萌生于齿根处的疲劳裂纹,在齿廓面上朝着齿顶方向倾斜扩展,在齿端面上,从一侧齿根以圆弧状的扩展路径朝着对侧齿根扩展;对于相同的初始裂纹深度,初始裂纹的倾角较大,齿轮易发生轮缘断裂,其疲劳寿命相对较长,相反,初始裂纹的倾角较小,齿轮易发生齿根断裂,其疲劳寿命相对较短.     

圆柱齿轮齿根三维裂纹扩展分析及寿命预测

基于线弹性断裂力学理论,建立含齿根初始裂纹的圆柱齿轮三维边界元模型,计算了裂纹前缘应力强度因子;对初始裂纹进行自动扩展分析,得到齿根裂纹的扩展轨迹及裂纹扩展寿命。在此基础上,研究了载荷大小、裂纹尺寸、裂纹位置及裂纹方向对裂纹扩展寿命的影响规律。结果表明,齿根裂纹以先慢后快的速率扩展,齿宽方向比齿厚方向易于扩展;随着载荷及初始裂纹尺寸的增大,裂纹扩展寿命逐渐减小,载荷对扩展寿命的影响很大,初始裂纹深度对扩展寿命的影响大于裂纹宽度;初始裂纹越靠近齿轮端面扩展寿命越长,初始裂纹方向为-30°左右时,裂纹扩展寿命最短。     

多处损伤LY12 CZ铝合金加筋板疲劳裂纹扩展研究

进行了多处损伤LY12CZ铝合金加筋板的疲劳裂纹扩展的分析与试验研究.给出了典型的随机载荷谱下铝合金加筋板多裂纹扩展的预计方法.用组合法和类比法计算多处损伤LY12CZ铝合金加筋板的应力强度因子.考虑每个载荷循环裂纹之间的相互作用影响,以Walker裂纹扩展公式和Willenborg-Chang裂纹扩展公式为基础,用循环续循环进行裂纹累积,用虚拟施加剩余强度载荷和裂尖韧带塑性区连通判据确定临界裂纹尺寸.进行了恒幅谱载荷及程序块谱载荷下加筋板多裂纹的扩展试验研究.对比了铝合金多裂纹扩展的分析预计结果和试验结果,对比结果表明,预测的寿命与试验结果吻合较好.     

基于裂纹扩展的齿轮弯曲疲劳寿命仿真分析

从齿轮内部存在缺陷这一事实出发,研究不同载荷、不同缺陷位置对齿轮寿命的影响.根据齿轮无损探伤验收标准设定的初始缺陷,应用边界元分析软件FRANC3D(fracture analysis code in 3dimensions)计算了裂纹前沿不同位置处的应力强度因子,对齿轮在不同载荷条件下进行裂纹扩展的仿真,得到不同载荷条件下载荷循环次数与裂纹长度关系曲线及齿轮寿命与齿根应力幅值曲线.     

摩擦型高强螺栓单面搭接连接微动疲劳裂纹寿命研究

摩擦型高强螺栓连接件在土木工程领域应用广泛,采用10组连接件疲劳试验结合有限元分析得到了其疲劳寿命及裂纹扩展路径.由于疲劳破坏本质上是裂纹萌生和扩展的结果,故将疲劳寿命分为裂纹萌生和扩展寿命两部分.基于螺栓连接件的裂纹扩展三维有限元模型,运用Python语言实现了初始裂纹的自动扩展,获得了疲劳裂纹扩展寿命.进而,基于有限元分析和疲劳寿命试验结果对萌生寿命FFD_(max)-N_i模型中的参数进行了识别.由此发展了一种基于裂纹扩展的高强螺栓连接件疲劳寿命预测方法,据此计算的总寿命分布于两倍误差分散带内,具有较好的精度.     

重载列车E级钢钩舌疲劳裂纹扩展条件及寿命预测

对重载列车E级钢钩舌进行了应力分析,导出了钩腕面裂纹的应力强度因子表达式.采用我国20 000 t列车车钩载荷谱,对钩腕面疲劳裂纹扩展的条件及扩展寿命进行了预测,并确定钩腕面裂纹的临界断裂尺寸,计算所得钩舌寿命与列车实际运行年限相一致.     

基于动载荷谱的齿轮弯曲疲劳寿命预测

为了探讨齿轮弯曲疲劳寿命计算问题,将齿轮疲劳总寿命分为两个阶段,即疲劳裂纹萌生寿命和裂纹扩展寿命。通过 ADAMS 软件仿真实验齿轮的工作情况,使其接近真实状况,得到齿轮载荷谱。根据齿轮载荷谱,利用有限元ANSYS 软件分析在齿轮齿根危险截面处的最大应力。采用断裂力学、雨流法和 Miner 疲劳损伤累积模型,对考虑动载荷情况下的齿轮弯曲疲劳寿命进行预测,推导了齿根裂纹萌生期和扩展期的疲劳寿命计算公式。在高频疲劳试验机上对算例齿轮进行了双齿脉动加载齿根弯曲疲劳寿命实验研究,理论计算结果与实验结果基本吻合,验证了本文理论分析的正确性。     

高速列车制动盘表面裂纹的扩展特性

分析了制动盘在运行过程中的载荷特征,采用有限元法模拟制动盘在不同制动工况下的热应力分布,发现反复制动形成的拉压应力循环是裂纹扩展的主要驱动力.依据制动盘裂纹剖面的形状特征,采用三维裂纹扩展软件FRANC3D建立了裂纹扩展模型,研究了盘面裂纹的应力强度因子随裂纹长度的变化规律.结合疲劳裂纹扩展理论和裂纹扩展门槛值,估算了临界裂纹尺寸和扩展寿命,以及不同裂纹尺寸扩展到临界长度时的运营里程.研究结果可为制动盘裂纹容限的制定提供参考.     

多处损伤LY12CZ铝合金加筋板的疲劳裂纹扩展研究

进行了多处损伤LY12CZ铝合金加筋板的疲劳裂纹扩展的分析与试验研究。给出了典型的随机载荷谱下铝合金加筋板多裂纹扩展的预计方法。用组合法和类比法计算多处损伤LY12CZ铝合金加筋板的应力强度因子。考虑每个载荷循环裂纹之间的相互作用影响,以Walker裂纹扩展公式和Willenborg-Chang裂纹扩展公式为基础,用循环续循环进行裂纹累积,用虚拟施加剩余强度载荷和裂尖韧带塑性区连通判据确定临界裂纹尺寸。进行了恒幅谱载荷及程序块谱载荷下加筋板多裂纹的扩展试验研究。对比了铝合金多裂纹扩展的分析预计结果和试验结果,对比结果表明,预测的寿命与试验结果吻合较好。     

拉剪倾倒型危岩失稳影响因素研究

运用断裂力学分析危岩中的倾倒变形破坏,基于岩石拉剪断裂试验,研究裂纹在载荷作用下起裂、扩展规律,探索断裂过程中裂纹的扩展行为,并探讨裂纹长度、宽度、倾角与荷载位置对危岩失稳模式与稳定性的影响。以重庆万州太白岩危岩为例,利用有限元软件ANSYS计算不同裂纹条件下裂纹尖端的应力状态,并讨论其与联合断裂应力强度因子的关系,模拟裂纹扩展的动态过程。结果表明,拉剪倾倒型危岩在受力破坏过程中,裂纹尖端出现拉应力集中,危岩的开裂从张拉破坏开始,下部出现压剪破坏,危岩稳定性的影响因子敏感性从大到小依次为:荷载位置、裂纹长度、裂纹倾角、裂纹宽度。     

基于损伤力学的车轴材料疲劳裂纹扩展的数值分析

目前,高速动车组车轴的疲劳试验数据比较少.为了保证列车的安全运行,本文在车轴的疲劳强度研究中,运用损伤力学方法,在损伤场已知的情况下,首先进行了构件应力场、位移场和应变场的分析;在应力场已知的情况下,进行了损伤场的分析与裂纹扩展寿命的预估,并给出了具体的分析步骤.根据裂纹形成阶段的试验数据,将裂纹形成和裂纹扩展两个过程有机结合在一起,大大减少了试验数量.通过不同算例,验证了方法的可行性.为高速动车组车轴提供了新的评价方法.     

基于变载荷间隔的MSD结构疲劳可靠性研究

多部位损伤(MSD)会使结构的强度大幅降低,为了防止由此造成的灾难性破坏,必须对MSD结构在整个寿命周期内的裂纹扩展情况及可靠性水平进行准确评估.文中在假设MSD结构断裂韧性和应力强度因子服从对数正态分布的基础上,结合应力强度干涉模型和二阶窄边界理论,建立了MSD结构的裂纹扩展可靠性模型;考虑MSD结构多裂纹扩展过程中的两类影响因素,推导了疲劳载荷作用下的裂纹扩展增量递推公式;结合变载荷间隔分段处理方法,提出了MSD结构随载荷循环次数变化的失效概率计算方法.通过对一受远场均匀载荷作用的含共线孔边裂纹的MSD壁板结构的分析计算,得到了MSD壁板结构失效概率随疲劳载荷作用次数的变化趋势,并将其与试验值进行比较,较为准确地反映了MSD壁板的失效趋势.     

抽油杆表面裂纹扩展寿命可靠性分析

在拉伸载荷的作用下,以Paris公式为基础,考虑几何修正系数f与裂纹尺寸a的内在关系,结合分段数值积分方法计算抽油杆裂纹扩展寿命,并应用Monte Carlo法计算不同类型表面裂纹扩展寿命可靠度.计算结果表明,在其他条件相同情况下,把裂纹处理为受深度比、纵横比两个参数控制的椭圆裂纹比仅受深度比控制的圆弧裂纹和直裂纹适应性更强;带有环形裂纹的抽油杆最先断裂;断裂力学中将各个参数作为确定值计算得到的临界裂纹扩展寿命不够准确,可能导致部分抽油杆还未达到临界裂纹扩展寿命就发生断裂.     

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.     

静载荷作用下三维线弹性弯曲裂纹路径预测（英文）

利用二阶摄动方法研究了静载荷作用下结构线弹性裂纹的弯曲扩展问题、裂纹路径预测时的应力准则与能量准则之间的关系,并求解出三维静态应力强度因子.归纳总结出三维线弹性弯曲裂纹扩展的判据,求解出三维线弹性弯曲裂纹扩展过程中的形状参数.利用Irwin公式计算出三维弯曲裂纹扩展引起的静态能量释放速率.研究了具有非均匀断裂韧性的材料的三维静态弯曲裂纹.就均匀物质而言,在二阶摄动分析理论的框架内,两种准则指明了相同的三维静荷载弯曲裂纹扩展路径.但在具有非均匀断裂韧度的物质中,能量准则优越于应力准则.对三维静态弯曲裂纹路径失稳因素进行了比较和分析,研究了不同初始三维裂纹长度下材料退化与静施应力或外静应力之间的临界关系.     

铜长条薄板在疲劳载荷下裂纹聚合的试验研究和一个新发现

对铜长条薄板在疲劳载荷下2条相邻裂纹的聚合进行了详细的试验研究.按照经典的断裂力学分析,最初预计初始的疲劳裂纹应该在2条相邻裂纹之间产生,并且导致2条相邻裂纹聚合为一个复杂的新缺陷.但是试验发现:在某些情况下初始的疲劳裂纹扩展产生在远离2条相邻裂纹之间区域的裂纹外尖端上,即不是发生在2条相邻裂纹的内尖端上.只有当这个外裂尖在疲劳载荷下自相似扩展一定长度并止裂一段时间后,2条相邻裂纹之间的内部区域才产生第二条曲线裂纹,该曲线裂纹的扩展才引起聚合的发生,而在第二条裂纹扩展期间,第一条扩展裂纹始终处于止裂状态.这个现象超出了经典的疲劳裂纹萌生的基本理论,也无法用经典的应力集中理论来解释.