基于累积损伤的张力腿平台疲劳及时变可靠性评估

张力腿平台在各种恶劣海况和复杂交变载荷作用下,平台结构疲劳破坏是结构失效的重要形式.首先,基于累积损伤的疲劳寿命谱分析方法,系统地建立了平台关键部位的疲劳可靠性分析方法.然后,建立张力腿平台的整体结构模型,计算得到其在工作海况下主体结构的应力传递函数.同时引入疲劳累积损伤增加函数,提出了一种针对平台各关键部位的疲劳可靠性的时变性分析方法,得到张力腿平台的时变疲劳可靠度,并通过实例计算验证了方法的适用性和可靠性.     

4D轴货车焊接构架的疲劳强度分析方法

以某货车厂研制的新型4D轴货车焊接整体构架为研究对象,在ANSYS9.0有限元软件中建立完整的构架三维模型,根据UIC510-3规程,分析计算构架的应力分布情况、评估其疲劳强度,得出疲劳薄弱区.采用子模型技术,对疲劳薄弱区的焊接细节结构进行热点应力分析,进一步评价构架的疲劳强度.通过动应力实测编制疲劳薄弱区的应力谱,由S-N曲线和Miner累积损伤法则,预测构架的疲劳寿命.     

基于随机振动环境归纳的车辆设备疲劳寿命估计

针对车辆设备疲劳寿命估计时的复杂振动环境特点,提出一种适用于车辆设备的随机振动环境归纳方法,并基于此归纳方法给出了一种车辆设备疲劳寿命估计流程。通过参数假设检验合并振动环境数据,估计样本的容差上限,得到实测谱和规范谱。以某型地铁车辆轴箱吊耳疲劳断裂为例,对实测应力进行统计分析,并将实测谱和规范谱作为激励,仿真计算吊耳的疲劳寿命。结果表明,相比于实测应力下的疲劳结果,实测谱和规范谱的仿真结果的相对误差分别为1.8%和4.1%,证明提出的振动环境归纳方法及疲劳寿命估计方法可靠性高,可为实际工程应用提供参考。     

汽车悬架承载梁焊接结构疲劳分析

为了有效地评估悬架承载梁的疲劳寿命,研究了焊接结构的疲劳测试与分析方法,提出了与CAE相结合的载荷谱测点合理布置原则。基于应变测试技术,合理布置测点,采集承载梁关键点的道路载荷谱,将三向应变花的载荷数据合成和获取动态signed VonMises应力;基于焊接结构的等级划分理论,研究了焊接结构性能相关的参数构成,最终确定了悬架承载梁结构的S-N曲线;基于雨流计数方法和损伤累计理论,实现了疲劳寿命的预估,获取了实车室内可靠性试验中悬架承载梁的考核结果;基于损伤评价理论进行了与室内可靠性试验结果的对比,形成了一套完整的基于实测载荷谱数据的焊接结构疲劳分析方法。研究结果表明,该疲劳分析方法和流程能够有效预测焊接结构的疲劳寿命。     

结构疲劳寿命可靠性的计算机模拟

以计算机模拟了结构疲劳破坏的全过程，并据此计算了疲劳可靠性寿命。在损伤 阶段用实测数据处理得到的 Ｈｕｓｔｏｎ－Ｓｋｏｐｉｎｓｋｉ曲线模拟实测的随机应力，并采用 Ｍｉｎｅｒ线性累积损伤理论模拟真实损伤过程。在裂纹扩展阶段，采用 Ｐａｒｉｓ公式模 拟在随机应力下裂纹扩展。对模拟结果用概率论方法处理得到了结构的疲劳可靠性 寿命。     

汽包与管道疲劳损伤断裂可靠性分析

针对火电厂中汽包与管道在运行过程中发生疲劳损伤断裂失效这一类问题 ,提出一种概率疲劳损伤断裂失效分析方法 ,它以汽包与管道类压力容器结构的初始疲劳质量状态为基础 ,考虑了汽包或管道在疲劳条件下材质损伤衰变、萌生裂纹及其扩展时的随机性 ,采用概率统计方法 ,建立起以裂纹长度为准则的汽包与管道发生疲劳损伤断裂失效时的功能函数 ,同时还给出了按近似概率分析方法中的JC法与一次二阶矩法计算了汽包或管道在不同循环次数下的疲劳裂纹超过数概率。上述分析与计算 ,实质上反映了对汽包或管道疲劳损伤断裂失效时的疲劳寿命进行可靠性评估的概率分析新方法。本文中最后引用汽包与管道用耐热钢的疲劳试验结果 ,与上述分析方法得到的预测结果加以对比验证 ,表明提出的这一新方法是合理的和可靠的。     

基于连续损伤理论的桥面板疲劳损伤分析

随着交通量的增长,公路桥梁的疲劳损伤问题越来越突出.为了保证桥梁的使用安全,对其进行疲劳寿命评估是当前很重要的课题.构建了一种基于连续损伤力学的非线性损伤累积模型,对桥梁主体结构钢筋混凝土桥面板的疲劳损伤进行了数值模拟,得到了其疲劳损伤累积的变化规律和疲劳寿命.计算结果表明,钢筋混凝土桥面板的疲劳损伤在桥梁运行后期增长速度较快,需加以关注;模型计算的疲劳寿命与实验结果比较吻合,证明了该模型的可靠性.     

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%。     

随机载荷下风电叶片疲劳寿命及可靠性试验评估

为对随机载荷作用下风电叶片的疲劳寿命及可靠性进行预测与评估,首先基于Miner累积损伤理论及全概率公式,推导出随机载荷作用下风电叶片的疲劳寿命预测模型;然后根据寿命等效原则(即随机载荷下的疲劳寿命与恒幅载荷下的疲劳寿命相等)提出了随机载荷下风电叶片疲劳可靠性评估的等效应力试验法;最后通过风电叶片复合材料的疲劳试验数据对本文方法的有效性进行验证.结果表明:本文方法能够有效预测与评估风电叶片复合材料的疲劳寿命及可靠性,为随机载荷作用下风电叶片的疲劳寿命预测及可靠性试验评估提供理论依据.     

纤维增强复合材料层压板的疲劳寿命预测方法

针对纤维增强复合材料层压板的疲劳寿命预测问题,提出了一种将理论与仿真、单向板与多向层压板紧密结合预测疲劳寿命的方法.基于几组碳纤维/树脂基T300/QY8911单向板在循环应力加载下的疲劳试验数据,通过灰色系统GM(1, 1)模型,建立单向板的疲劳寿命模型和损伤函数.与传统的最小二乘法拟合相比,该方法提高了预测精度.通过有限元方法对层压板进行应力分析、失效分析和材料性质退化.将失效分析的结果与建立的单向板疲劳寿命模型和损伤函数结合,从而来计算多向层压板的疲劳寿命和损伤.通过与实验数据及其他预测方法的结果对比,该预测方法降低了疲劳寿命预测相对误差,且与实验结果吻合较好.     

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.     

随机疲劳谱编制新方法

提出一种新的疲劳载荷谱编制方法,该法遵循雨流循环计数规则。新建谱与实测谱具有完全相同的循环计数统计结果,并且尽可能地保留了原实测历程谱的本身特性,与程序谱相比更接近实际。通过四种车辆实测谱计算分析,证实该疲劳谱与实测谱损伤基本等效。     

基于虚拟载荷谱技术的锥齿轮疲劳寿命分析

基于虚拟载荷谱技术,提出一种新的疲劳寿命计算方法.以锥齿轮减速系统作为研究对象,对齿轮接触模型进行有限元分析,得到锥齿轮传动工况的应力分析结果及云图数据.将应力结果进行数据处理,得到锥齿轮的虚拟载荷谱.根据Miner准则和Corten-Do-lan准则估算出锥齿轮传动的疲劳寿命,并与仿真云图寿命结果相比较.应用实例表明,基于虚拟载荷谱计算的疲劳寿命分析结果具有较高的安全性和可靠性,具有较大的工程应用价值.     

基于概率密度演化的风机基础疲劳可靠度计算

风机底部基础在风荷载作用下会产生疲劳破坏.为了研究风荷载作用下风机的疲劳可靠性,将随机脉动风荷载进行正交展开,用数论选点法和概率密度演化方法将展开的风荷载模型用于风机塔身的疲劳可靠度计算.采用推力系数法计算风荷载作用下风机基础较危险部位的应力时程,然后用雨流计数法统计该点的疲劳损伤,将其代入概率密度演化方程并通过差分计算可求得疲劳损伤的概率密度函数.通过累计疲劳损伤小于1的概率可求得危险部位的疲劳可靠度,也就是整个基础的疲劳可靠度.以一3 MW风机作为算例验证了本文方法的有效性,应用概率密度演化方法,可以精确地给出基础在风荷载作用下的疲劳可靠度,本文成果对于近似工况的风机基础疲劳可靠度的计算具有借鉴意义.     

一种宽带船舶结构疲劳损伤的直接计算方法

针对宽带船舶结构疲劳损伤的直接计算问题,从各短期海况下应力的响应谱及相关参数计算、应力峰值分布模型、等效应力范围推导等方面进行分析.采用不同模型对误差函数进行数值求解,得到等效应力范围,进而得到各短期海况下的疲劳累积损伤以及长期海况下损伤值,从而形成了一种宽带船舶结构疲劳直接计算方法.以某高速三体船为例的计算结果表明,采用精确解模型所得损伤结果与雨流计数方法所得结果较为接近.     

风荷载下空间网格结构疲劳性能

依据课题组风洞试验测得的风压时程数据,采用梁单元整体模型与壳单元局部模型相结合的方式,对风致振动响应时程进行了分析;基于热点应力法,运用雨流计数法统计了焊接球节点焊趾处热点应力循环历程;根据挪威船级社规范提供的S-N曲线,结合Miner疲劳线性累积损伤理论,计算出空间网格结构构件的疲劳损伤值.计算结果表明,对于小曲率球壳结构,结构中最先出现疲劳损伤的构件位于平均正风压与脉动风压均最大的球壳迎风面;结构中疲劳构件的疲劳损伤值随平均正风压、脉动风压的增大而增大;相同工况下,采用热点应力法对构件进行的疲劳估计相比于名义应力法更偏于安全.     

铆接钢桥剩余寿命与使用安全评估方法

基于疲劳累积损伤和断裂力学理论，建立了能表征铆接钢桥疲劳破坏行为的确定性评估方法．进而基于铆接钢桥的疲劳随机损伤演化机理，针对铆接结构多破坏模式和铆接多成分、多构件的疲劳失效特点，建立了能反映铆接钢桥脆断和韧断疲劳破坏机制的构件概率疲劳模型和系统疲劳可靠性分析模型．基于Monte-Carlo算法，进行铆接钢桥构件和结构系统疲劳断裂失效概率的计算，并编制了用于铆接钢桥系统疲劳可靠性分析的大型程序系统．     

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.     

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.     

基于两参数损伤模型下剪切型结构抗震可靠性分析

利用两参数损伤模型研究了结构抗震可靠性,通过统计地震损伤模型中反应量得到地震烈度概率分布、结构最大延性系数μm及极限延性系数μu的概率分布,建立结构抗震可靠性概率公式,在结构可靠度计算中用Monte Carlo方法模拟计算指定损伤范围内结构可靠度,并给出了实例计算结果.