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。     

确定P—S—N曲线表达式的两种方法

采用新的应力疲劳公式,对白铜丝的疲劳试验结果进行了拟合,给出了具有理论疲劳极限的Ｓ－Ｎ曲线表达式．对疲劳寿命及拟合结果的统计分析表明：同一应力水平下的疲劳寿命遵从对数正态分布,疲劳抗力系数和理论疲劳极限也遵从对数正态分布．据此,给出了两种确定带存活率疲劳寿命曲线（Ｐ－Ｓ－Ｎ曲线）表达式的方法．     

基于蒙特卡罗模拟方法的疲劳强度概率分布推断

在采用应力-强度干涉理论进行可靠性分析时,需要根据材料的现有疲劳实验数据,获得任意指定寿命下的疲劳强度概率分布.文中提出了一种疲劳寿命服从对数正态分布的疲劳强度概率分布数值模拟方法.该方法在有限寿命阶段内,根据两条已知的疲劳特性(P-S-N)曲线,重构任意存活率下的P-S-N曲线,进而运用蒙特卡罗技术推断任意指定寿命下的疲劳强度概率分布.以20Cr2Ni4A为例进行相关分析,结果表明,P-S-N曲线重构精度高,疲劳强度概率分布接受正态分布假设,模拟结果符合等同性原理和疲劳强度衰减理论.这说明文中方法是有效的.     

混凝土疲劳寿命P-S-N曲线的试验

文中应用可靠性研究方法,在讨论混凝土疲劳寿命概率分布的基础上,进行了载荷与寿命关系的试验研究,求出了混凝土P-S-N曲线,得到了对数中值寿命、90%存活率及疲劳寿命的分散性随负荷增加的变化规律,从而为可靠性设计奠定了基础.     

三参数威布尔分布置信限的确定和C—R—S—N曲线的拟合

论述了利用三参数威尔分布描述机械零件疲劳寿命，并在一定置信度下求Ｒ－Ｓ－Ｎ曲线的方法，即根据试验所得的应力－寿命样本，运用优化方法对三参数威尔分布参数进行估计；并在一定置信度下，求出不同可靠度的疲劳寿命，进而拟合出Ｃ－Ｒ－Ｓ－Ｎ曲线，求出相应的疲劳极限应力值。     

600MPa级汽车大梁钢疲劳极限确定和疲劳断裂原因分析

为确定薄板坯连铸连轧(flexible thin slab rolling,FTSR)短流程生产线生产的600 MPa级汽车大梁钢是否满足装车要求,利用升降法研究了汽车大梁钢的抗疲劳性能。研究结果表明,采用对数试验应力-对数疲劳寿命拟合的方法要优于直接采用试验应力-疲劳寿命,计算得到了不同存活率下的P-S-N曲线,由图得到疲劳极限强度为294 MPa,经过数值计算得到的疲劳极限强度为287. 1 MPa。采用扫描电子显微镜对疲劳试样进行了断口分析,发现疲劳断裂为韧性断裂,夹杂物为裂纹的起源,结合试验钢的性能指标和装车试用考核结果,确认FTSR生产线开发的600 MPa级汽车大梁钢满足装车使用要求。     

服役海底管道钢疲劳可靠性试验与海底管道寿命预测

针对波浪力下海底管道悬空段的疲劳寿命问题,从某服役X60钢海底管道悬空段上取样进行拉-拉成组多级疲劳试验,获得服役X60钢海底管道试件在不同应力水平下的疲劳寿命及其概率统计分布,利用参数假设检验法确定X60钢管道试件的疲劳寿命分布特征,由此外推出不同存活率下的疲劳对数寿命与等效循环应力之间的线性关系式.通过引入"疲劳极限复合修正系数"和"等价非对称循环度系数"对X60钢试件的P-S-N曲线进行修正,得出X60钢海底管道悬空段的疲劳寿命预测公式.结合试验结果分析表明:X60钢海底管道试件的疲劳寿命服从对数正态分布;疲劳对数寿命与等效循环应力之间近似为线性关系;海底管道疲劳寿命预测公式计算结果与试验数据吻合良好.     

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。     

混凝土抗压疲劳寿命概率模型试验研究

对27个强度为 C30、尺寸为150 mm×150 mm×300 mm 的混凝土棱柱体试件进行了疲劳寿命试验,推导了利用小样本数据对对数正态分布和三参数 Weibull 分布进行参数估计的方法。基于试验数据,利用相关系数优化法,分别用对数正态分布和三参数 Weibull 分布对混凝土疲劳寿命的概率模型进行拟合,回归得到其分布参数,从而确定了 C30混凝土疲劳寿命概率模型。运用得到的混凝土疲劳寿命模型对算例进行了疲劳可靠度的计算。拟合的结果表明,混凝土疲劳寿命基于这两种概率分布模型都拟合较好,但三参数Weibull 分布拟合精度更高。对混凝土疲劳损伤的研究表明,混凝土结构疲劳累积损伤所对应的可靠度随加载周期大致呈现二次抛物线下降的趋势,混凝土结构的疲劳损伤随着加载周期的增加而发展得越来越迅速。     

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。     

P─S─N曲线的一种新表达法

提出了Ｐ—Ｓ—Ｎ曲线的一种新表达方法，并以１６Ｍｎ钢弯曲疲劳为例，根据已有的试验数据，得出了该方法的经验公式，分析了其精度．文中最后讨论了该方法对旨在获得零件Ｐ—Ｓ—Ｎ曲线的疲劳试验的简化作用和工程意义．     

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。     

胶接、胶焊与点焊接头剪切拉伸疲劳行为

通过剪切拉伸疲劳试验测定车用结构胶接接头、胶焊接头和点焊接头在不同应力水平下的疲劳寿命.基于载荷-寿命曲线在单对数坐标下为指数曲线段这一假设,利用疲劳试验数据拟合出载荷-寿命曲线,以此表征三种接头的疲劳性能.同时,对胶接接头、胶焊接头和点焊接头的疲劳行为进行对比分析.研究表明:三种连接方式的疲劳试验数据具有较好的规律性;拟合结果证实了三种接头载荷-寿命曲线在单对数坐标下为指数曲线段这一假设的正确性;胶接接头的疲劳强度最高,而点焊接头最低;胶焊接头的疲劳断裂行为比胶接接头更为安全;通过胶焊工艺可以有效提高车身接头的疲劳寿命等.研究结论为车用结构胶胶接技术的应用提供了参考依据.     

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.     

工程p-S-N曲线小样本拟合方法比较

机械结构件疲劳寿命预估的基础是其材料的p-S-N曲线,而p-S-N曲线的拟合需要大量的试验数据,对人力物力的成本需求较高。为研究小样本数据拟合p-S-N曲线的方法,分别运用Bootstrap法和样本信息聚集原理,得到了泵头体材料的p-S-N曲线。结果表明,Bootstrap法拟合的p-S-N曲线误差较均匀;样本信息聚集原理在基准应力为716 MPa比756 MPa时预测10~4～10~6次范围内的疲劳寿命误差更小,且应力级别相差较大时的疲劳寿命的预估比Bootstrap法更为精确;结合经济效益及试验误差,最佳应力级别数为5组,每组应力级别下进行5根试样。     

随机变幅加载下疲劳强度可靠性分析

目前的疲劳强度及其概率分布是根据等幅Ｐ－Ｓ－Ｎ曲线族求得的，只能用于等幅加载，不能用于变幅及随机加载，而等效应力法又是根据常规ＭＩＮＥＲ准则进行转换的，无法用于可靠性分析，本文首次明确提出等幅疲劳强度，变幅疲劳强度及随机加载疲劳强度的概念，并且运用二维概率ＭＩＮＥＲ法则，通过建立变幅及随机加载的Ｐ－Ｓａ－Ｓｍ－Ｎｖ曲面族方程，提出了变幅及随机加载下疲劳强度可靠性分析的一套系统方法，具有重要的工程尖     

Six Sigma Robust Optimization of Fatigue Life for the Passenger Car Battery Hanging Device

In engineering practice, influencing factors including material properties,external load,dimension error and so on,are uncertain to structural fatigue life,and those uncertain factors make the structure fatigue life have a wide dispersion. Aiming at this problem,the parametric model is built in this paper,and it is used to obtain the structural first principal stress in the module of probabilistic design system( PDS). Parameters of P-S-N are added to the parametric model,and then,the fatigue life of chosen points has been calculated automatically under the reliability of 0. 99. The fatigue life response surface model is obtained by simulation of the sampling points using Monte Carlo method. The six sigma robust optimization mathematical model of fatigue life is established with the combination of six sigma robust optimization and fatigue life response surface model. Take a railway passenger car battery hanging device as an example, and the mathematical model of optimization is established. The minimum mean and mean squared of structural fatigue life are obtained under the requirements of design fatigue life. The results show that the material has been saved by the new method,and the robustness of the fatigue life has been improved.     

齿轮弯曲疲劳强度试验数据任意置信度下C-R-S-Ν曲线的拟合方法

提出一种对成组法脉动弯曲疲劳试验的寿命数据进行处理的方法：５０％置信度下定应力的寿命分布按三参数威布尔分布进行优化拟合;任意置信度下的置信限曲线则以旋转－平移变换后的概率坐标中的双曲线函数为原型进行最小二乘法曲线拟合来求取,由所求得置信限曲线方程可求出置信度Ｃ下、任意可靠度Ｒ下的疲劳寿命,进一步与试验所得的齿根应力作线性回归,可求得Ｃ－Ｒ－Ｓ－Ｎ曲线簇。此方法对其他的疲劳数据处理也有较好的参考价值