考虑进气冷却效应的活塞低周疲劳寿命预测

针对进气过程中活塞顶面温度分布不均匀,会对活塞疲劳寿命计算产生影响的问题,采用燃烧模拟和有限元方法,结合材料试验,进行了活塞低周疲劳寿命预测。首先,通过CFD仿真,获取了考虑进气冷却效应的燃烧室温度分布,有限元仿真计算了活塞温度和应变;然后,进行了573 K下的活塞材料拉伸试验和疲劳试验,获取了活塞材料力学参数并推导出活塞疲劳寿命预测模型;最后,结合活塞应变和疲劳寿命预测模型,对比分析了进气冷却效应对活塞低周疲劳寿命的影响。研究结果表明:考虑进气冷却的燃烧室,燃气温度分布不对称,进排气侧的温差达到了75 K左右;活塞应变较大的位置主要集中在活塞凹坑底部、冷却油腔内部、环岸内部和活塞销孔上半部;考虑进气冷却效应导致活塞最大应变值上升了0.425%,低周疲劳寿命降低了13.8%。     

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．     

考虑材料微观结构的滚动接触疲劳寿命研究

轴承钢材料由许多细小晶粒组成,其力学性能在微观上表现为各向异性,会对滚动接触疲劳寿命产生显著影响.本研究从微观角度出发,以Voronoi多边形表征轴承钢晶粒结构,采用ABAQUS有限元软件建立考虑轴承钢晶体学属性的滚动接触疲劳寿命分析模型,对滚动接触应力及疲劳寿命进行预测分析.同时,将分析结果与基于各向同性材料假设的滚动接触模型结果进行对比,探究考虑晶体学属性的滚动接触疲劳寿命模型的特性,在此基础上,进一步分析晶粒大小分布对滚动接触疲劳寿命的影响规律.     

基体材料高温强度对枪管寿命的影响研究

根据界面剪切失效理论和疲劳损伤累积理论,建立了基于枪管镀层—基体界面剪切疲劳损伤累积的枪管寿命预测模型.以某小口径步枪枪管为研究对象,计算了一个冷却周期射击过程中的枪管界面剪切应力,预测了3种不同基体材料枪管的寿命,研究了基体材料高温强度对枪管寿命的影响.研究结果表明,基体材料高温强度是影响枪管寿命的至关重要因素.温度升高引起的界面抗拉强度下降,是导致镀层产生界面破坏以及枪管寿终的重要诱因.增加材料常温强度对提高枪管寿命意义不大,而增加高温强度则可以显著提升枪管寿命.寿命试验结果验证了本文所建寿命预测模型的可用性及预测结果的正确性.      

原子非简谐振动对石墨烯/ZIF-67型复合材料蓄热性能及特征寿命的影响

利用石墨烯优良的特性与其他材料复合，可赋予复合材料优异的性质并兼具两者的优势；对石墨烯/ZIF-67型(CoO/RGO)复合材料的研究中，在考虑原子非简谐振动情况下采用固体物理学理论和方法，确定了该材料的德拜温度、定容比热和特征寿命随温度变化而变化的规律，并探讨了原子非简谐振动对上述指标的影响。结果表明：1) 石墨烯/ZIF-67型复合材料的德拜温度和定容比热的数值均随温度升高而增大，其中德拜温度随温度升高无较大变化，温度每升高1 K，德拜温度仅升高约0.003%；而定容比热随温度升高呈非线性增大，其中温度较低时定容比热变化较大，温度较高时定容比热有接近常量的趋势。2) 石墨烯/ZIF-67型复合材料的特征寿命约为232 d，并随温度升高而减少，但减少幅度不大，实际使用环境温度对该材料的特征寿命的影响很小。3) 若不考虑原子间的非简谐效应，石墨烯/ZIF-67型复合材料的德拜温度和特征寿命为常量；在考虑到原子非简谐振动项后，则它们均随温度变化而变化，且温度越高，非简谐效应产生的影响越明显；然而非简谐效应对该材料定容比热的影响不明显。研究结果有助于推动有关石墨烯/ZIF-67型复合材料的研究和应用。     

应用夏波希模型估算海洋石油钢结构疲劳寿命的试验研究

基于损伤力学的理论和方法,书夏波希疲劳损伤数学模型应用于海洋石油钢结构的疲劳寿命估算.对国产海洋用钢15MnVNb的表面裂纹试样在拉-弯载荷联合作用下,进行了疲劳损伤试验,提出了损伤因子的测量方法及疲劳损伤特性参数的计算方法.根据常幅疲劳试验结果,计算出了15MnVNb材料损伤特性参数,并给出了疲劳寿命估算的表达式.通过模拟海浪载荷的随机疲劳试验,验证了夏波希模型.疲劳寿命的理论计算结果与试验结果的相对误差约为7％,说明两者吻合较好.     

航空发动机涡轮盘低循环疲劳-蠕变寿命预测

针对某型航空发动机高压涡轮盘建立有限元模型,用有限元程序计算该结构在循环裁荷作用下的塑性蠕变变形,并考虑温度载荷的作用。计算了结构危险点在相应温度下的低循环疲劳寿命、蠕变寿命。最后利用线性累积损伤理论进行涡轮盘结构的低循环疲劳-蠕变寿命预测,并讨论了平均应力的影响。     

SPRITE器件的最佳参量

从狭缝光扫描时一维载流子浓度分布的理论出发,计算了SPRITE器件的最佳读出区长度,讨论了寿命对SPRITE器件性能的影响。SPRITE器件读出区位置的选取与寿命有直接关系,材料的寿命不同,读出区最佳位置亦有改变,在选取读出区最佳位置时,应考虑寿命的因素。     

考虑温度与时变因素耦合的混凝土桥梁增量分析方法

为了准确掌握在材料时变特性因素(如混凝土弹性模量、收缩徐变、预应力钢筋松弛等)与温度变化耦合作用下混凝土桥梁施工期及运营期结构效应变化历史,基于时间序列划分,采用增量形式的虚功平衡方程,推导考虑温度变化与材料时变因素耦合的有限元求解方程;结合具体时变函数表达,建立考虑温度耦合作用时混凝土时变弹性模量修正公式及时间增量步内一维梁单元计入时变因素影响的杆端荷载项表达式。结合实际工程,采用所提出的计算方法进行编程计算,将考虑温度耦合作用的计算结果与不考虑温度耦合作用的计算结果及实测结果进行对比分析。研究结果表明:考虑温度耦合作用的长期挠度计算结果与实测结果更接近,说明考虑温度与时变特性耦合效应的增量分析计算方法能有效提高混凝土桥梁计算分析的准确性和可靠性。     

钢箱梁桥SMA沥青路面温度场的数值模型

在设计、铺装SMA沥青路面时，必须考虑对路面工作寿命有重要影响的温度因素。在物理简化的基础上，建立了钢箱梁桥SMA沥青路面温度场分析的数值模型。数值计算的结果与福建厦门海沧大桥及重庆鹅公岩大桥的实际测量数据具有较好的一致性。应用该模型，得到了钢箱梁桥SMA沥青路面温度与路基公路表面的温度及当地气温之间的关系。     

某低压涡轮工作叶片高温低循环疲劳寿命预测

针对某航空发动机低压涡轮工作叶片建立了全尺寸有限元模型·根据台架试验及实际工作承载条件,综合考虑叶片工作时所承受的离心负荷与气流力,进行了弹塑性有限元分析;研究了箍带与叶身小孔的配合间隙对结构应力场分布的影响,发现叶片结构强度的薄弱之处为榫头第一喉部、叶身小孔及叶背一侧圆根处·以此为依据,对叶片进行了高温低循环疲劳寿命预测·计算结果表明:叶身小孔与箍带的最大配合间隙对结构静强度及寿命影响较大,寿命计算时应当考虑平均间隙量的影响;随着计算温度的提高,寿命计算结果大幅度下降·     

表面小裂纹热锻模的疲劳寿命分析

基于材料自由表面特性并考虑微观结构非均匀性,根据金属疲劳裂纹萌生的微细观过程理论,建立材料表面塑性应变分布模型。由于局部塑性变形在萌生可分辨疲劳小裂纹的循环周次中占主导地位,本文将局部应力应变法应用于热锻模表面小裂纹扩展分析,选取表面最大塑性应变作为出现热机械疲劳裂纹的预测依据,计算的热锻模使用寿命与实践结果相吻合,能基本预测热锻模寿命。该模型为表面强化工艺能提高热锻模的疲劳强度提供了理论依据。     

AlN材料寿命及可靠性估测

用非平衡统计物理对非均匀性ＡｌＮ陶瓷断裂的时间特性进行估算，讨论了ＡｌＮ陶瓷结构的非均匀性对力学性能的影响。数值计算结果显示，在材料中引入适当的非均匀性，能延长材料的平均寿命，但寿命增加强与引入的非均匀性之间的关系并不单调的。     

压力厚壁筒结构概率疲劳断裂寿命的灵敏性分析

关于各个因素对厚壁筒结构疲劳断裂寿命影响大小的研究具有重要意义。利用最新提出的用各因素灵敏梯度和灵敏度因子分析灵敏性的新方法,对压力厚壁筒结构的概率疲劳断裂寿命进行了灵敏性分析,认为在影响耐压厚壁筒概率疲劳断裂寿命的诸多因素中,材料特性常数c,n的影响比其他因素大得多,c,n的精确性是计算或评估厚壁筒结构疲劳寿命的关键因素,所得结果对压力厚壁筒结构的设计、制造与使用提供了理论依据。     

后悬架多轴疲劳寿命预测

以鹅卵石强化路面的道路载荷为边界条件,考虑材料弹塑性变形,对汽车后悬架进行瞬态动力学有限元分析,利用传统的应变寿命法计算得到后悬架单轴疲劳寿命,对应力-应变时间历程的二轴性分析表明:汽车后悬架局部危险区域承受多轴非比例载荷.基于多轴疲劳理论,考虑了材料的非比例强化的影响,分析了裂纹形式,选用基于临界面法的Bannantine模型和Wang-Brown模型预测了后悬架的多轴疲劳寿命,并与单轴疲劳寿命分析结果进行了比较,研究发现,在非比例循环载荷下,疲劳寿命将大大减少,按常规的单轴疲劳寿命估算方法,将给出偏于危险的预测.     

基于路用性能的沥青路面全寿命周期设计方法

选择沥青路面的车辙、疲劳裂缝和温度裂缝等主要病害作为路用性能路面设计的主要指标,结合交通荷载、环境、材料组成、路面结构的力学反应量等因素,对路面结构各层永久变形进行预估,分析了沥青层的自上而下裂缝、自下而上裂缝及温度裂缝,并将路用性能分析应用到全寿命周期效益、费用计算和养护方案选择中,并提出基于路用性能的沥青路面全寿命周期设计新方法及计算流程.采用该方法对石家庄一安村高速公路路面车辙、裂缝进行预测,并与实测值对比,同时,对新建段路面结构进行设计.研究结果表明:路面车辙及自上而下裂缝模型预测值与实测值相差较小,偏差小于20％;自下而上裂缝及温度裂缝模型预测值与实测值相差相对较大,偏差大于40％;路面状况指数预测值适用性较好;该方法对沥青路面设计有较好的适用性,达到了从结构材料设计一体化及全寿命周期角度考虑路面设计的目的.     

基于全寿命成本的桥梁结构材料选择决策

根据历史维护数据确定桥梁维护时间和维护成本,在全寿命成本分析方法（LCCA）的基础上,发展了一种基于全寿命成本的桥梁材料决策的新思路．在满足桥梁结构服役期内性能要求下,考虑桥梁服役期的维护策略和维护成本,以桥梁寿命期内全寿命总成本现缸最小为目标对设计方案进行决策．桥梁全寿命优化设计方法强调桥梁结构状态性能预测、全寿命成本以及维护方案的共同参与,具有概念明确,易于操作等特点．通过对桥梁材料的决策研究,验证了全寿命设计方法的合理性．     

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。     

热管材料P参数与剩余寿命关系的研究

通过分析影响热管材料寿命的三个主要因素 ,提出了用P参数预测热管材料剩余寿命的方法 ,并对其加以验证 .此方法将温度、时间和应力综合起来 ,可以方便地预测热管材料在一定压力下温度随时间变化时的剩余寿命 .     

冰区海洋平台构件的模糊疲劳可靠性分析

为便于冰区海上固定采油平台的设计和对其在服役期间的安全可靠性进行评估，运用模糊数学理论和疲劳寿命试验，提出了冰区海洋平台构件的安全疲劳寿命计算及其可靠性分析的方法。给出了冰区海浪及海冰载荷作用于平台构件上的随机疲劳应力幅的计算方法，分析了平台构件的疲劳累积损伤，提出了考虑模糊性之后对Miner法则的修正。据此，给出了安全疲劳寿命的估算方法，建立了新的模糊疲劳可靠性分析模型。按照此模型，给出了平台服役期间构件动态模糊疲劳可靠度的计算方法。疲劳寿命试验及计算实例表明，与采用常规的确定性Miner法则计算结果相比，按照该文方法计算得出的疲劳寿命更接近于疲劳寿命试验结果。