齿轮疲劳试验数据统计处理及R—S—N曲线拟合方法

本文着重研究了齿轮在定应力水平时疲劳寿命分布参数的估计方法和齿轮在恒定寿命下不同可靠度时强度分布的估计方法，以及如何充分利用试验所得信息的方法。     

齿轮疲劳试验数据统计处理及R－S－N曲线拟合方法

本文着重研究了齿轮在定应力水平时疲劳寿命分布参数的估计方法和齿轮在恒定寿命下不同可靠度时强度分布的估计方法，以及如何充分利用试验所得信息的方法．     

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.     

随机时间序列分析技术在齿轮点蚀疲劳寿命预测中的应用

在已进行的齿轮点蚀疲劳寿命预测计算模型的研究基础上，应用随机时间序列分析技术分析处理计算模型中随时间变化的因素，从理论上解决了齿轮寿命预测中的难点，建立了齿轮点蚀疲劳寿命预测的方法系统。     

基于有限元的差速器齿轮动态啮合特性分析

针对汽车行驶过程中差速器的2种典型工况,计算某轿车差速器行星齿轮和半轴齿轮的转速和转矩分配.基于有限元动态仿真方法,建立差速器齿轮接触有限元模型,进行动态啮合仿真,研究了齿轮啮合时的应力分布情况.分析了齿轮接触面间的摩擦系数对应力分布的影响,发现随着摩擦系数的增大,齿轮接触应力有所上升.基于名义应力法,以动态啮合时的最大接触应力作为载荷输入,计算齿轮的接触和弯曲疲劳寿命,齿轮的疲劳危险位置发生在齿轮齿面接触区域和齿轮齿根,齿轮寿命符合设计要求.结果表明所开发的结合齿轮动态仿真与疲劳寿命分析方法可以有效地预测差速器齿轮寿命.     

复合材料层压板疲劳寿命预测方法

测定了碳纤维／树脂基T300／QY8911复合材料的3组典型单轴循环应力下的S-N曲线．基于试验数据，建立了多轴循环应力作用下单向板的寿命模型，并通过整合平面应力分析、失效分析和材料性质退化模块模拟多向层压板的疲劳失效过程．这种方法试图基于单向板在确定应力比下的疲劳试验结果，预测同种材料体系的任意铺层形式的多向层压板在复杂循环应力作用下的疲劳寿命．对于以分层破坏为主控因素的层压板，基于层间应力的计算结果，用计算面内累计损伤的方法计算分层损伤，层压板的寿命等于分层扩展寿命和分层后子层板剩余寿命之和．考虑分层扩展后，层压板的寿命预测结果得到明显改善．     

风电增速箱输出级齿轮副疲劳寿命有限元分析

建立了风电增速箱输出级斜齿轮副的三维接触有限元模型,计算了静载荷作用下齿轮副的应力应变;基于齿轮材料的疲劳试验常数,计算了材料的近似S-N曲线;对风电增速箱真实载荷谱20种工况的载荷历程进行雨流计数,得到载荷循环数、均值与幅值的关系。在FE-SAFE软件中,对斜齿轮副接触模型进行疲劳寿命分析,研究了载荷、表面粗糙度、残余应力以及轮齿修形量对齿轮副疲劳寿命的影响规律。结果表明,齿轮副应力集中处有少数低寿命点,齿轮副寿命随载荷及齿面粗糙度的增大而减小,残余拉应力使疲劳寿命减小,而残余压应力可使疲劳寿命增大,适度修形可提高齿轮的疲劳寿命。     

基于断裂力学的混凝土桥梁疲劳损伤及寿命评估分析

在传统分析典型混凝土桥梁疲劳损伤及剩余寿命预测的基础上,根据混凝土桥梁在变幅应力荷载作用下计算疲劳损伤度,建立等效疲劳车模型,通过断裂力学方法和K准则,确定混凝土主要构件的初始裂纹和断裂类型及临界断裂深度,并采用断裂力学方法对湖南省常德市沅水混凝土桥进行疲劳损伤及剩余寿命评估分析.结果表明:断裂力学方法在进行典型混凝土桥梁研究中表现出良好的可信度,是一种非常有研究价值的混凝土桥梁疲劳损伤和剩余寿命的研究评估方法.     

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。     

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.     

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.     

低载强化对圆柱齿轮残余应力影响的试验研究

以经过表面工艺处理的高强度齿轮单齿弯曲为例,试验研究了疲劳极限以下小载荷强化和疲劳损伤载荷对齿根残余应力的影响.结果表明,经过强化小载荷对反复锻炼后,单齿弯曲疲劳强度和疲劳寿命还能够得到强化和提高;小载荷的反复锻炼不会影响和破坏齿根表面的残余应力;疲劳极限附近的损伤载荷加载到疲劳寿命中期对齿根的残余应力没有显著影响;屈服强度附近的损伤载荷加载到疲劳寿命中期,齿根的残余应力明显衰减.     

基于疲劳寿命的多体结构优化方法研究

针对某型运输机前起落架,通过运用MSC工程软件,建立了一套基于疲劳寿命的多体结构优化方法。该方法首先通过多体动力学仿真,获得前起落架的工作载荷历程。然后应用有限元和疲劳分析进行联合求解,预测前起落架的疲劳寿命。而后根据预测结果,找出部件结构的最薄弱环节,并应用结构优化方法对结构细节进行优化处理,使结构薄弱环节的疲劳寿命提高,从而达到延长整个多体结构疲劳寿命的目的。     

服役后期海洋平台剩余寿命可靠度预测方法

为保证服役后期平台在延寿服役期内的安全性,需要对其结构整体剩余寿命可靠度进行预测.因此,重点研究了在随机波浪载荷作用下平台部分构件动力失效和疲劳失效时,平台整体时变可靠度预测方法.采用Miner线性累积损伤理论和首次超越失效准则,计算平台构件的疲劳寿命可靠度和动力可靠度,搜索并删除失效概率较大的构件,运用波浪增量动力分析法找出平台结构所能承受的极限波浪载荷,再结合服役海域波浪统计资料,计算平台结构系统整体时变可靠度以预测其剩余寿命.算例表明了该方法的实用性和简便性.     

谐波柔轮力学分析与疲劳寿命研究

为了完善谐波齿轮刚-柔轮系统装配与啮合过程中的力学响应及柔轮疲劳寿命研究,提出了一种基于刚柔耦合与瞬态动力学分析理论的刚-柔轮系统装配与啮合分析方法,得到了更加准确与合理的谐波柔轮装配及啮合过程中柔轮的应力分布和疲劳失效位置;柔轮结构和材料参数变化对其疲劳寿命的灵敏度研究,指出了柔轮疲劳设计的关键参数,并进一步指出了柔轮的疲劳寿命尺寸效应具有敏感区间,据此建立了柔轮的疲劳寿命模型.结果表明,谐波齿轮刚-柔轮系统的力学与疲劳寿命分析不能忽略装配与啮合过程的影响;柔轮的设计应该规避疲劳寿命尺寸效应的敏感区间,以提高谐波齿轮的使用寿命.     

35SiMn调质齿轮弯曲疲劳强度的试验研究

在齿轮设计中,国产材料齿轮的弯曲疲劳极限应力仍然缺乏可靠的试验数据,大多是沿用ISO6336提供的数据。而国内、外的齿轮材料在许多方面都存在一定的差异,以致影响齿轮设计的可靠性。笔者就35SiMn调质齿轮弯曲疲劳强度作了试验研究。试验在进口的STRON1603型电磁谐振疲劳试验机上完成。短寿命区采用四级恒定应力水平的成组试验法,长寿命区采用应力升降法。在试验数据的基础上,根据统计学原理,拟合出完整的C-R-S-N曲线,并获得各种可靠度下的弯曲疲劳曲线,从而为国产材料齿轮设计提供了必要的基础数据。     

轴承钢硬切削表面残余应力对滚动接触界面疲劳寿命的影响

为了预测轴承钢硬切削表面残余应力对滚动接触寿命的影响规律,基于高级非线性有限元分析软件MARC,建立了具有平面应变特征的二维滚动接触寿命预测模型,并在二维有限元模型的表面和次表面对应施加了轴承钢硬切削实验所测残余应力,模拟计算典型服役条件下的滚动接触应力;采用基于S N寿命理论的Miner法则,计算轴承钢滚动界面的疲劳接触寿命,分析了在不同摩擦系数、滚动接触频率和外加载荷工况下,硬切削残余压应力对疲劳寿命的影响.结果表明,硬切削残余压应力可使轴承钢的滚动接触疲劳寿命提高10％~30％.其中,载荷对滚动接触疲劳寿命影响最大,摩擦系数的影响最小.     

基于响应面模型的结构疲劳寿命优化方法

针对基于疲劳寿命的结构优化耗时长的缺点,该文将抗疲劳设计方法和优化技术相结合,研究一种基于响应面模型的结构疲劳寿命优化方法.以飞机起落架为研究对象,采用动力学仿真获得子结构疲劳寿命分析的载荷谱.以拉丁超立方试验设计方法建立了疲劳寿命的二次响应面模型,实现了某型飞机起落架前撑杆结构疲劳寿命优化设计,使其疲劳寿命提高了5.4倍.优化结果验证了方法的有效性.     

渗碳齿轮钢接触疲劳性能的研究

就五种国外渗碳齿轮钢和目前国内普遍使用的20CrMnTi渗碳齿轮钢,经渗碳热处理和强化喷九处理后,进行了接触疲劳快速法强度试验,以及显微硬度分布、残余应力、断口分析等较系统的试验研究。结果表明,除了SAE8620钢比20CrMnTi钢的接触疲劳强度极限低外,其它四种钢ZF_7、20MnCr5、SCM420H(脱气)、SCM420H与20CrMnTi钢相当;接触疲劳强度与其表面有效硬化层深度关系密切;喷丸处理后的试件,和冶炼时采用特殊脱气工艺(简称脱气)的钢材,其试验数据离散性小,接触疲劳强度高。