服从正态分布随机载荷作用下齿轮弯曲疲劳试验研究

根据齿轮传动过程中普遍承受的高斯分布载荷谱,编制了试验用随机变幅疲劳载荷谱,在MTS电液伺服疲劳试验机上利用成组试验方法完成了该随机载荷作用下全寿命齿轮弯曲疲劳试验,得到了特定变差系数高斯分布载荷谱下齿轮弯曲强度的R-S-N曲线。试验结果证明,随机变幅疲劳试验得出的轮齿疲劳寿命低于由疲劳载荷上限值取为载荷谱均值的恒载荷疲劳试验得出的疲劳寿命,因此,如果采用后者的试验结果去估算实际服役中的齿轮的弯曲疲劳寿命是非常危险的。对随机载荷下的齿轮设计的疲劳极限的理论值进行了预测,并与试验结果进行了比较。结果表明,理论分析结果与试验结果基本相符。     

基于虚拟样机技术的微型客车白车身疲劳寿命分析

为缩短新车开发周期、节约样车制造费用,在计算机仿真环境下对某微型客车白车身进行了疲劳寿命预估。根据国家汽车可靠性行驶试验方法及相关法规,基于整车虚拟样机技术模拟了该车型在D级路面条件下的随机动载荷历程,通过对计算模型施加单位载荷得到白车身的结构应力场,并在此基础上结合材料曲线和疲劳损伤理论,找出较为薄弱的部件。所研究的内容为车辆的疲劳寿命预测提供了较为可靠的流程和方法,并进一步为车辆性能优化提供参考依据。     

车身台架疲劳试验程序载荷谱研究

提出一种能简化加速车身台架疲劳试验的程序载荷谱编谱方法。基于试车场实测路谱准确获取车身连接点随机载荷谱,并简化为车身转矩载荷谱。应用雨流计数法和数理统计方法,得到均幅值载荷分布规律,其中均值服从正态分布,幅值服从威布尔分布;编制程序载荷谱并简化。应用有限元法和疲劳分析理论对车身疲劳寿命进行预测,从疲劳所用时间和行驶里程两个方面对危险部位寿命进行比较分析;结果表明,在车身连接点随机载荷谱和编制的程序载荷谱的作用下,车身的损伤分布及大小基本一致,验证程序载荷谱的有效性。所提出的编谱方法对其他车型的车身台架疲劳试验也有一定的应用和参考价值。     

基于泊松随机过程的风力发电机叶片疲劳寿命估算

疲劳寿命决定了正常工况下工程结构服役期限的长度,对其进行准确预测对于零部件疲劳强度设计至关重要。由于机械零部件在工作期间经常会受到随机变幅载荷的作用,载荷间相互作用效应现象十分显著,导致单次循环载荷对材料所造成的疲劳损伤量发生变化,若忽略该效应会影响疲劳寿命估算的准确性。针对当前研究中的疲劳损伤累积法则无法考虑该效应的问题,提出一种将非齐次泊松随机过程函数与伴随损伤理论相结合来估算零部件疲劳寿命的方法,解决了由于载荷间相互作用效应所带来的载荷作用顺序的问题,并以随机加载试验为例验证了该方法的准确性。将其应用于风力发电机叶片的疲劳寿命估算过程中,结果表明该方法可靠、有效,为风力机叶片的疲劳可靠性设计提供了新的路径。     

车辆用户载荷谱试验场关联强化试验方法

研究了某车辆用户用法与试验场强化试验之间的载荷谱关联特性。根据用户损伤与试验场损伤相等的原理,建立车辆在试验场内的耐久性考核试验方法。通过一辆已安装传感器的车辆,采集真实汽车用户和试验场强化路的相关试验数据,应用雨流计数法获得疲劳载荷谱分布矩阵,并计算产生的疲劳伪损伤。利用市场调查统计用户的路面比例和装载质量,结合采集的用户实际使用数据,应用蒙特卡洛方法对汽车用户实际用法载荷谱的疲劳损伤进行仿真计算,确定涵盖90%汽车用户的疲劳载荷谱(雨流循环分级矩阵)。对比用户用法与试验场损伤载荷谱获得试验场强化试验技术参数,制定与试验场强化组合路面、试验里程、试验车速相关的试验方法。实际应用结果表明,该方法可准确预报车辆承载结构的潜在故障,有效缩短试验里程及产品研发周期。     

基于LMS Virtual.Lab的货车转向架疲劳性能仿真研究

为了快速完成铁路货车转向架构架的虚拟疲劳试验,提出了一种采用LMS平台基于UIC510-3标准的疲劳试验仿真方法.首先对转向架构架进行有限元建模,依据UIC标准确定边界条件;其次通过模拟在超常载荷工况下的静态承载载荷,对其结构静强度进行评价;最后模拟车辆在主要运营工况下的动态循环载荷,运用LMS平台进行疲劳试验仿真及评价.计算结果表明:该转向架构架具有良好的抗疲劳性能,其疲劳性能满足设计要求.该方法对轨道交通装备的疲劳性能的预测有较好的应用价值.     

基于六分力载荷的商用车焊点寿命仿真

为了解决车辆在路试过程中白车身顶横梁电阻焊点开裂的问题,通过六分力传感器在比利时路面上采集车辆轮心位置的载荷谱,建立了整车车辆动力学模型并和K&C试验进行对标,通过虚拟迭代的方式获取了车辆悬架接口位置处的力和力矩,建立了整车有限元模型,通过模态应力恢复法得到了焊点的应力谱,采用应力法计算焊点的疲劳损伤,仿真计算结果和试验非常接近,并针对焊点开裂问题提出了改进方案并通过试验验证.实践表明,多技术结合疲劳分析流程可适用于商用车结构件的疲劳性能预测和优化,有效地提升了商用车疲劳性能.     

冲击载荷下泵车底架结构疲劳累积损伤试验研究

针对泵车底架长期处于高应力幅值的交变冲击载荷下,结构产生疲劳破坏从而引发泵车倾翻的安全问题,基于随机变幅载荷下结构疲劳累积损伤理论,提出了基于有限元分析与应力试验的结构设计,以及基于全工况随机载荷谱采集处理与疲劳累积损伤试验验证评估技术的精细耐久性设计验证方法,通过底架结构应力试验与疲劳试验进行试验验证。泵车底架结构可靠,结构件平均首次故障方量大幅提升,疲劳寿命达到12.6 a,相比实际服役车辆工业考核,对产品的抗疲劳性能进行验证评估的试验周期缩短30%以上,为底架系统的减振、结构优化、提升焊接结构抗疲劳和耐久性设计水平,提供了理论与试验依据。     

C_(80B)型车车体疲劳寿命分析

轨道车辆在实际运行中所受到的外载荷不是静态载荷,而是随时间不断变化的外载荷;且疲劳破坏成为车辆日常出现问题的主要原因,特别是车辆关键部位焊缝出现的疲劳裂纹,在研发设计阶段,需要借助计算机仿真和疲劳试验两种技术手段。疲劳试验存在着人力、物力、财力投入庞大的明显缺陷,因此利用计算机仿真技术对车体焊接结构焊缝进行疲劳寿命预测显得极其重要。通过介绍美国AAR手册疲劳寿命分析的方法,并以AAR标准中提供的载荷谱为基础以及采用迈纳尔(Miner)损伤累积理论对C80B型货车进行疲劳寿命分析估算,旨在通过对C80B型货车的疲劳寿命计算为以后AAR标准下的货车疲劳分析提供参考。     

飞机等幅疲劳试验载荷谱编制技术研究

在分析飞机全尺寸结构疲劳试验中采用等幅试验载荷谱的意义与适用性基础上,建立由飞-续-飞随机疲劳载荷谱编制出与其损伤等效的等幅载荷谱的方法,给出某型飞机的等幅试验谱的编制实例,并通过关键部位模拟试件的疲劳试验检验等幅谱与随机谱的等效性.     

裂纹扩展过程中电磁谐振疲劳试验系统动态特性分析*

电磁谐振疲劳裂纹扩展试验系统是一种工作在谐振状态下测试金属材料断裂特性的试验装置,要求在裂纹扩展过程中精确跟踪系统的固有频率和控制试验载荷,为达到这一目的,需要对裂纹扩展过程中系统的动态特性进行精确的分析。据此,建立3自由度有阻尼电磁谐振疲劳试验振动系统的数学模型,采用ANSYS有限元法计算CT紧凑拉伸试件的刚度,研究不同材料试件刚度、系统固有频率,试验载荷幅频曲线、共振振幅在裂纹扩展过程中的变化规律,并进行相关试验,试验结果表明：系统固有频率计算值与试验测量值之间的最大偏差为1.9 Hz;系统动态特性仿真结果与试验结果能够较好地吻合。该研究结果为电磁谐振式疲劳试验载荷的高精度控制提供了理论依据。     

电动汽车差速器扭转冲击疲劳试验方法

针对电动汽车传动系的关键零部件差速器的实际受载情况,设计了基于液压伺服的电动汽车差速器扭转冲击疲劳试验系统。在此基础上,依照目前的试验技术条件,分析了差速器关键部件的应力集中部位,对加载波形、加载频率、加载幅值和加载频次进行了理论和载荷特征研究,构建了电动汽车差速器扭转冲击疲劳应变测试系统和测试方法,并对其进行了大量应变测试,对不同频率和不同幅值的测试数据进行了统计分析,结合分析结果和材料应力寿命(S-N)曲线,建立了完整的电动汽车差速器扭转冲击疲劳试验方法,并进行了试验验证。结果表明,差速器的疲劳破坏部位和形式与实车行驶时疲劳破坏部位和形式以及应力集中测点部位均一致。     

A cyclic simulation approach for the generation of the non-stationary load histories of engineering vehicles

The present paper focuses on the simulation of the non-stationary load histories of engineering vehicles for fatigue tests. For the first time, the characteristics of the service loads experienced by engineering vehicles are described. Then rainflow data-reduction contributing to reduce the testing time and extrapolation of each operating section to generate the unavailable extreme loads in a limit test are carried out. Finally, based on the simulated load history of each operating section using Markov chain Monte Carlo method (MCMC) and the corresponding simulation length generated by the Monte Carlo method, a cyclic simulation approach is proposed to generate non-stationary load histories, by which the cyclic characteristic can be reconstructed well. The results of comparison between the observed and simulated load histories show good agreement.     

基于随机载荷谱的汽车驱动桥疲劳性能强化试验研究

阐述了随机载荷谱的工程处理方法,研制了大直径滚筒式(4 m)汽车驱动桥疲劳性能强化试验系统,分别介绍了试验系统架构,以及其中的道路模拟、机械、液压加载、数据采集与控制、计算机监测与分析等子系统的功能,给出了试验系统进行疲劳强化试验的流程,以及基于VB 6.0的软件实现.对5 t ZL50DWB驱动桥等多个产品进行了较为大量的试验,表明这种基于随机载荷谱的驱动桥强化试验系统具有科学的实验方法和高试验可靠性.     

应变疲劳可靠性理论与方法的新进展

介绍概率应变疲劳试验法、评价模型和损伤随机演化机制方面的新进展。突破经典极大似然法在参考试验载荷之外的单试样限制，提出新的广义极大似然疲劳试验法。新发现随机循环应力—应变响应现象并建立其概率模型。新发展概率疲劳应变一寿命模型。概率模型参数由称为广义极大似然法的方法确定，在整体数据层面综合考虑数据分散性规律与样本量对概率评价的影响。考虑随机应力—应变关系反映“随机应变载荷”、随机应变—寿命关系揭示材料的“应变强度”，提出随机应变载荷—强度干涉恒幅可靠性模型，与Keciguliu的递推法结合可进行变幅和应变载荷谱下的可靠性分析，形成了应变疲劳可靠性理论和方法的新体系。进一步根据有效短裂纹准则，揭示疲劳性能随机及演化性的本质原因源于主导有效短裂纹萌生区域及其裂尖区域微观结构扩展条件的差异及演化性；随机疲劳裂纹扩展、应变—寿命和应力—应变关系是3个关联的随机疲劳关系；疲劳损伤是一个由初始混沌状态，到独立无关的随机状态，然后到史相关随机状态的演化过程。     

某轿车前副车架服役载荷模拟试验加速方法研究*

服役载荷模拟试验能准确地预测零部件的疲劳寿命。为节省试验时间,急需开发出一套合理、实用的加速试验方法。重点研究在不具备结构局部应变响应,仅具备外部激励载荷如力、位移、和加速度等情况下的试验加速方法。基于修正Miner准则,以伪损伤保留比例作为小载荷删除准则,并结合疲劳数据编辑(Fatigue data editing, FDE)技术,提出一套便于工程应用的服役载荷模拟试验加速方法。以某轿车前副车架的疲劳试验为例,分别编制伪损伤保留比例为99%、95%和90%的加速谱。综合考虑各加速谱的载荷特征和加速效果,选用95%加速谱、90%加速谱和原始谱分别建立台架试验。试验结果表明两种加速谱在有效节省试验时间的同时,均获得了与原始谱相同的试验结果,且90%加速谱的加速试验效果更为显著。本方法便于工程应用,可为其他汽车零部件的服役载荷模拟试验提供参考。     

谱载荷下加载次序效应定量评价的初步研究

通过对40Cr材料光滑试样进行不同加载次序的三级程序载荷疲劳试验,验证并分析了载荷作用次序对疲劳强度累积强化效果的影响。试验结果表明：按照载荷从小到大逐渐增加的次序加载时,锻炼载荷对疲劳强度的累积强化效果最大,并且与三级锻炼载荷分别独立作用时强化效果的叠加值接近;而在其他加载次序下,累积强化效果分别受到不同程度的影响。最后,通过对疲劳试验数据的统计分析,初步研究了谱载荷下加载次序对总体累积强化效果的修正系数,并对之前建立的随机载荷下累积强化效果模型做出了修正,为建立考虑低载强化效应的疲劳累积理论进行了探索。     

A new fretting fatigue testing machine design,utilizing rotating–bending principle approach

Fretting fatigue is a phenomenon which occurs when two parts are contacted to each other and one of those parts or both are subjected to cyclic load. Fretting decreases fatigue life of materials drastically by half or even more. Therefore, investigation of fretting fatigue life of materials is an important subject. Fretting fatigue tests are usually performed using universal hydraulic testing devices. In this work, a rotating bending apparatus for fretting fatigue test is introduced in which the cyclic load is provided by an adjustable eccentric load. The apparatus called RBFF machine which is the abbreviation of rotating bending fretting fatigue. The eccentric load is measured by load cell. The coefficient of friction and fretting load are measured by foil strain gauges using a Wheatstone bridge configuration. The performance of the machine is verified with doing a comparison between fatigue lives of a number of AL7075-T6 alloy samples on a Shimadzu rotating bending fatigue testing machine and RBFF. The results shows very close assent between the operations of the two testing rigs. The main privileges of RBFF are its simplicity with respect to universal devices, cheapness and, coefficient of friction (between pads and specimen) evaluation during the test. The RBFF also has the capability of being used for any other soft and hard metals. It can be advanced further for high and low temperature.     

基于实际行驶载荷的电动汽车差速器扭转疲劳试验方法研究

电动汽车电机具有高频转矩特性,其冲击载荷对减速器、差速器等传动系统疲劳寿命的影响越来越受到企业的重视。根据电动汽车差速器实际受扭转载荷情况,设计了基于液压伺服的电动汽车差速器扭转疲劳试验系统。采用无线遥测系统在垫江试验场按照帕斯卡试验规范对电动汽车半轴转矩进行了实车采集,通过对采集的半轴转矩载荷谱进行预处理和时频域特征分析后,确定了扭转疲劳试验加载波形为正弦波,加载频率为0.5 Hz。通过雨流计数和外推确定了加载幅值和加载频次,从而建立了电动汽车差速器扭转疲劳试验方法。最后,搭建电动汽车差速器扭转疲劳试验系统,对该试验方法进行了验证。结果表明,差速器的疲劳破坏部位及形式与实车行驶时疲劳破坏部位及形式一致,所建立的方法是有效可行的。     

转向节疲劳性能与减振器阻尼关系研究

为探明减振器阻尼系数对转向节疲劳寿命的影响规律，以某紧凑型SUV为研究对象，通过对转向节模态分析与测试，建立其柔性体模型与疲劳仿真分析模型；以实车参数建立了整车刚柔耦合多体动力学模型，并以试验场强化路实车采集的轮心六分力和转向节监测点应变信号为基础，应用虚拟迭代法仿真获取了转向节载荷时间历程(模态位移)；应用模态应力恢复法运算分析了减振器在不同阻尼系数条件下转向节的疲劳寿命，探讨了二者的相互关系。研究表明，在兼顾整车舒适性与安全性的阻尼系数范围内，随减振器阻尼系数增大，转向节疲劳寿命先增后减，即影响其疲劳寿命的主要区域损伤面积先减后增，而影响转向节疲劳寿命的次要区域损伤面积始终随着减振器阻尼系数的增大而增大。