基于实测载荷谱的高速列车轮轴剩余寿命分析

针对检修周期内轮轴是否会发生破坏断裂的问题,研究了轮轴的裂纹扩展寿命.通过标定试验与线路实测试验,采用数据处理分析软件统计出了各个载荷下车轮旋转出现频次,得到了中国标准动车组测力轮对载荷谱.将最恶劣工况的载荷谱作为裂纹扩展分析的输入载荷,利用裂纹扩展分析软件计算了含裂纹的车轴在不同扩展阶段的应力强度因子,结合疲劳裂纹扩展理论估算了车轴上不同初始形状的裂纹扩展到临界尺寸时的扩展寿命,为保证检修周期内车轴不发生破坏断裂提供了科学参考.结果表明:裂纹初始深度相同的情况下,裂纹形状越扁平,车轴剩余寿命越短,裂纹扩展门槛值对裂纹扩展寿命影响较大.     

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.     

裂纹参数对深水海底管道疲劳寿命的影响

分析海底管道在运行期间产生缺陷的类型,并统计了近几年发生的海底管道事故的原因,发现裂纹缺陷的出现是引发这些管道事故的首要原因.裂纹缺陷会引发管道泄漏甚至断裂.针对裂纹缺陷对海底管道疲劳寿命的影响,考虑断裂力学的相关理论,运用ANSYS有限元软件对管道所受的载荷情况、管壁上裂纹的长度、深度等参数进行了敏感性分析,研究了各参数对管道疲劳寿命的影响规律,并得出了管道失效的主要原因.仿真结果表明:载荷区间、裂纹长度、深度变化都会对管道的疲劳寿命产生较大的影响,其中裂纹深度的变化是管道疲劳寿命的主要影响因素.分析结果可以为海洋工程实际提供参考.     

计算管节点疲劳寿命的AVS模型

海洋平台中管节点疲劳寿命的评价方法通常采用的是S-N曲线法。这种方法认为节点的疲劳寿命是由热点应力幅值范围确定的。由于不同载荷类型作用下管节点可能具有相同的热点应力大小,而沿着焊缝周围的应力分布却并不一定相同,这种基于应力分布的不同会造成节点疲劳寿命上的差异。管节点在不同类型的载荷作用下焊缝周围应力分布情况可以用一个参数描述,即平均应力（Average Stress简称AVS）。考虑AVS对管节点疲劳寿命影响的分析方法通常称为AVS模型分析法。本文综合介绍了目前采用的几种AVS模型及其适用性。     

不同应力比交替作用下单参数疲劳寿命预测方法

为了准确预测管道在不同应力比交替作用下的剩余寿命,在疲劳裂纹扩展速率实验的基础上,建立了一种新的含缺陷管道剩余寿命预测方法,即不同应力比交替作用下单参数疲劳寿命预测方法.该方法全面考虑了管线运行过程中不同应力比交替作用引起的破坏.以X52管线钢为例,通过模拟天然气实际运行情况(R=0.1和R=0.6交替作用)预测了其剩余寿命.     

压气机轮盘疲劳寿命影响参量的灵敏度分析

压气机轮盘的材料参数与所受应力水平等因素对轮盘寿命有重要影响,就轮盘疲劳寿命对各相关参量的灵敏度进行了详细的分析计算,确定了寿命对各相关参量的敏感程度,绘制了相应的疲劳寿命影响参量灵敏度曲线.计算分析表明,轮盘寿命对轮盘疲劳强度参数与应力的灵敏度影响较大,在各参数中对疲劳强度指数的灵敏度影响是最大的,灵敏度达到了10,当疲劳强度指数值发生变化时将引起疲劳寿命值的很大变化.轮盘寿命对疲劳延性参数的灵敏度较小,其中对疲劳延性系数的灵敏度值小于1且变化不大,可以近似认为是一个常数.通过对各参数的灵敏度分析,在设计中就可以根据寿命对各参量灵敏度的不同,合理确定轮盘的材料、结构和加工工艺.这也是进一步进...     

动车组车轮辋裂损伤容限和剩余寿命评估

针对我国某型动车组车轮在实际线路发生的辋裂损伤，在全面失效分析的基础上，揭示了车轮辋裂失效机理；以车轮材料裂纹扩展试验数据为基础，结合Franc3D仿真分析软件对车轮内部缺陷进行裂纹扩展仿真计算.仿真结果表明:车轮内部缺陷尺寸及分布均对车轮滚动接触疲劳寿命产生影响，缺陷尺寸越大，分布位置距车轮最大应力区越近，车轮疲劳寿命越短.该车轮的损伤容限为3mm，与标准中失效判据3mm一致，给出了目前我国铁路车轮辋裂失效探伤标准(3mm横孔当量大小)的理论依据.     

对接焊缝初始缺陷对疲劳寿命影响规律研究

为研究钢桥面板对接焊缝中表面及内部缺陷对疲劳寿命的影响，文章运用FRANC3D与ABAQUS软件对等效后的基本焊接构造进行裂纹扩展分析，得到疲劳寿命随初始缺陷参数的变化关系，结果表明表面及内部缺陷在裂纹扩展中裂纹形状逐渐接近半圆形及圆形。不同初始参数对疲劳寿命的影响程度不同，表面及内部缺陷对缺陷形状比、尺寸、方向变化的敏感程度也不同，锁定形状比不变，短轴长增加3倍时，含内部缺陷试件的疲劳寿命降幅为68.9%,短轴长增加6.5倍时，含表面缺陷试件的疲劳寿命降幅为46.45%;锁定短半轴不变，当形状比从0.1增至0.6时，疲劳寿命平均增幅为88.7%(表面缺陷)和90.2%(内部缺陷);锁定尺寸不变，当缺陷植入角度从30°增至90°时，疲劳寿命的平均降幅为59.7%(表面缺陷)和62.3%(内部缺陷)。     

不同加载制度对34CrNi3Mo钢疲劳裂纹扩张速率的影响

电站锻件用钢由于冶金缺陷在运行中容易发生低应力脆性断裂而造成重大事故。本文通过各种试验阐述了３４ＣｒＮｉ３Ｍｏ电站锻件用钢在不同载荷频率，不同平均应力及冶金因素等方面对疲劳裂纹及扩张速率的影响。     

深水环境下腐蚀隔水管涡激疲劳可靠性评价

采用有限元方法对带有腐蚀缺陷的隔水管涡激疲劳寿命进行评估,即通过对管壁腐蚀缺陷的局部有限元分析确定应力集中状况,在计算系统疲劳寿命时引入应力集中系数.缺陷模型分为点蚀和局部腐蚀两类,并考虑缺陷形状、尺寸和方向对应力分布的影响,同时讨论缺陷单根在系统中的布置方案.为了确保隔水管系统整体的高可靠性,当隔水管柱中包含缺陷单根时应将它们布置在损伤预测最低的位置.对理想系统与带有腐蚀单根的系统分别进行的寿命计算和可靠性评估结果表明,系统应力和损伤只在缺陷位置发生波动,可靠度结果同样证明了布置方案的合理性.     

CRH5型动车组轮轨滚动接触应力及疲劳寿命的有限元仿真分析

为了研究CRH5型动车组轮轨在实际滚动接触过程中受力大小、分布以及由于循环应力作用而产生的疲劳问题,采用大型有限元模拟软件ABAQUS对其实际运行过程进行仿真模拟.结果表明:随着轴重载荷的增加,轮轨接触部位等效应力不断增大;车轮所受等效应力随距表深度的增加而减小,在距表深度10mm范围内等效应力较大;钢轨上的等效应力随距表深度先增大后减小,应力最大值出现在距表深度12mm处.采用S-N曲线折减法和疲劳分析软件Fe-safe对不同轴重车轮滚动接触疲劳寿命进行预测,2种计算结果表明:14、16、18、20t轴重下的车轮寿命均在6×10~7次循环以上,安全行驶距离大于1.2×10~6 km,符合CRH5型动车组三级以上检修周期要求.     

基于断裂力学的组合梁栓钉疲劳性能

为研究钢-混凝土组合梁中的栓钉在疲劳荷载作用下的强度及寿命等问题,在有限元静力分析的基础上,根据断裂力学的基本原理,采用合理的假设,推导出了组合梁栓钉的疲劳寿命计算公式。分析结果表明:初始缺陷和应力幅对栓钉的疲劳寿命影响最大,应力上限对栓钉疲劳寿命的影响较小。建议在实际工程中栓钉的应力幅控制在极限抗剪强度的20%以下,应力上限控制在极限抗剪强度的70%以下。     

X12CrMoWVNbN10-1-1转子钢室温低周疲劳特性

采用应变控制对超超临界汽轮机转子钢X12CrMoWVNbN10-1-1进行室温低周疲劳试验,并对试验结果进行了讨论.拟合了循环应力-应变曲线和应变-寿命曲线,得到该材料的室温低周疲劳特性参数,包括Ramberg-Osgood参数和Manson-Coffin参数,推测出该材料的转变寿命.对低周疲劳试验开始和结束两个阶段的拉压应力峰值、拉压卸载弹性模量以及迟滞回线面积进行了对比分析,并对不同应变幅控制的低周疲劳对应的应力变化进行了讨论.     

西藏沥青路面裂缝温度疲劳扩展寿命分析

为了研究温度收缩对沥青路面开裂的影响规律,在考虑沥青混凝土弹性模量及温缩系数随温度改变的变化规律的基础上,采用断裂力学有限元模型对温度型表面裂缝及反射裂缝的扩展进行动态分析,并预估2种温度裂缝疲劳断裂寿命.结果表明:不同变温条件下,裂缝扩展的应力强度因子K呈现出不同的增长趋势,温降越大,裂缝扩展越快;基准温度越低,裂缝扩展越快.其中表面裂缝温度疲劳扩展寿命要远远小于反射裂缝的温度疲劳扩展寿命,路面结构参数对反射裂缝温度疲劳扩展的影响则要明显高于对表面裂缝温度疲劳扩展的影响.     

随机载荷作用下风电齿轮箱轴承疲劳寿命预测方法

以1.5 MW风电齿轮箱高速端轴承为研究对象,引入随机载荷循环作用下的结构疲劳寿命预测模型,分析随机风载条件下径向载荷和轴向载荷对风电齿轮箱轴承疲劳寿命的影响;运用概率加权法和线性Miner累计损伤法则,给出疲劳寿命与应力之间的关系;提出一种随机载荷条件下风电齿轮箱轴承寿命预测的方法,用该方法对1.5 MW风电齿轮箱高速端轴承的疲劳寿命进行分析计算,结果为13.189a.该方法考虑了载荷的随机性,并以随机载荷作用下所引起的随机应力作为计算疲劳寿命的依据.相比其他方法更加接近于工程实际,预测结果更为准确.     

柔顺机构疲劳可靠性及损伤识别研究进展

柔顺机构靠弹性变形来传递运动或力,因而疲劳是其主要失效模式,但其疲劳性能以及抗疲劳设计方法仍有待进一步研究.文中结合笔者及其课题组的研究成果,介绍了柔顺机构的主要设计方法,在综述名义应力法、局部应力应变法和应力场强法3种疲劳寿命预测方法的基础上,阐述了直圆型和叶型柔性铰链的疲劳寿命预测模型及尺寸参数对铰链疲劳寿命的影响,总结了柔顺机构疲劳可靠性的分析和优化设计方法,以及基于特征参数分解的柔顺机构损伤识别方法,并指出了柔顺机构疲劳可靠性及损伤识别的未来研究方向.     

基于多因素修正的结构件疲劳寿命预估方法

针对传统疲劳寿命预估算法精度低且适用性窄的问题,结合工程结构件的实际特点确定了对疲劳寿命估算精度造成影响的主要因素,将影响因素量化为具体的修正因子,并在此基础上提出了一种基于多因素修正的结构件疲劳寿命预估方法.然后应用修正后的算法对实例构件的疲劳寿命进行估算,并将估算结果与应用局部应力-应变法估算的结果及台架疲劳试验结果进行对比.结果表明,修正后的算法能够实现一般大型结构件疲劳寿命的准确估算,是一类预测精度高、实施方便且具有广泛工程应用前景的疲劳寿命估算方法.     

基于二阶粒子群算法优化的神经网络再制造工件疲劳寿命预测

再制造工件多元异质材料特性及工艺参数对疲劳寿命的影响,使得传统的疲劳寿命计算方法无法适用于再制造工件,针对此问题建立了再制造工件疲劳损伤预测修正模型,并通过疲劳试验分析了不同熔覆厚度和宽度条件下对试件疲劳强度和可靠性寿命的影响,同时获取了寿命预测修正系数;进而采用二阶粒子群算法优化的反向传播(back propagation,BP)神经网络,构建了材料性能参数、应力水平及再制造工艺影响因素与疲劳寿命之间的关系模型,针对再制造工件进行寿命预测。结果表明,神经网络的预测结果与试验数据相符,优于数值计算预测模型,为实现再制造工件的疲劳寿命预测提供了一种新的方法和手段。     

线接触载荷下材料非均质特性对滚动接触疲劳的影响

滚动接触疲劳是滚动轴承和齿轮等机械传动零部件极易发生的一种典型早期失效方式.此外,工程材料中不可避免存在杂质、夹杂和空洞等缺陷,严重影响接触副材料的性能.文中利用数值化等效夹杂方法分析x-z方向截面为椭圆形、正方形、正三角形等不同形状的杂质对基体材料应力场的影响,并以体积应力积分量化疲劳,探究非均质材料发生滚动接触疲劳的规律.结果表明,分布杂质的形状、弹性模量、深度、体积分数及摩擦系数等都对线接触载荷作用下非均质材料的体积应力积分具有重要影响.     

航空铝合金预腐蚀疲劳寿命退化规律

航空铝合金材料在服役过程中常因腐蚀损伤而导致疲劳断裂问题,通过采用扫描电镜及疲劳寿命测试等方法,研究了不同预腐蚀损伤对2xxx铝合金在不同应力比下疲劳寿命的影响,探讨了预腐蚀损伤对疲劳裂纹萌生扩展的影响机理.结果表明:预腐蚀损伤对2xxx铝合金材料疲劳寿命的影响显著,材料的疲劳性能随着腐蚀损伤程度的增加而明显下降.同时建立了预腐蚀损伤对材料疲劳极限的影响系数C-T-R模型,材料疲劳极限的影响系数C随着预腐蚀时间的增加或者应力比R的增加而变大.断口分析表明,预腐蚀损伤的存在导致裂纹萌生寿命大大缩短,裂纹萌生由单源转变为多源,并且均萌生于腐蚀坑处.