高置信度的载荷与寿命消耗折算方法

在载荷谱编制和单机寿命监控中常常需要进行载荷折算和寿命消耗折算，传统的未考虑置信度的折算方法，往往将载荷和寿命消耗折算小了，导致结果偏于危险，为此本文提出一种高置信度的载荷与寿命消耗折算方法。文中首先研究了载荷折算与置信度、可靠度的关系，结果表明在置信水平为γ、可靠度为R的定寿延寿中，应采用置信水平为γ、可靠度为R的P-S-N曲线进行载荷折算，而只有在方差相等的情况下，才可以采用置信水平为γ的中值S-N曲线进行载荷折算。然后建立了方差相等时中值S-N曲线斜率的单侧置信下限小样本评估方法，给出了方差未知和方差已知两种情况下的斜率置信下限计算公式。在此基础上，针对载荷谱编制，建立了其高置信度的载荷折算公式。针对单机寿命监控，在方差相等或已知的情况下提出了载荷谱当量应力水平计算公式，并采用整机试验结果对中值S-N曲线进行了修正，建立了任一应力水平下的置信水平为γ、可靠度为R的可靠寿命单侧置信下限计算公式，给出了将实际使用载荷转换为标准载荷或试验载荷谱上消耗的循环数公式，以及其置信水平为γ、可靠度为R的可靠寿命消耗百分比（即损伤）单侧置信上限公式，从而能够更加精准、更加简便地对产品进行单机寿命...     

电动商用车车架疲劳寿命模拟与优化

为精确预测电动商用车车架疲劳寿命,通过建立车架有限元模型并进行强度仿真,确定疲劳失效危险位置。采集危险位置载荷谱,分析疲劳损伤值,采用Miner疲劳损伤理论和雨流计数法将应力谱时域信号转化成雨流矩阵,最终建立车架台架实验与道路试验疲劳寿命间的当量折算关系。设计实验方法并制作实验台架,对比道路试验与台架实验结果,验证了所建立当量折算关系的准确性。表明所建立的实验方法可提高车架疲劳寿命预测精度与可靠性,缩短道路疲劳试验周期。     

某无人机用小型涡喷发动机寿命试车研究

依据经典疲劳损伤理论,对某无人机用小型涡喷发动机设计载荷谱、使用载荷谱疲劳损伤进行计算对比,并分别采用这两种谱编制试车谱对发动机进行寿命试车。试验与计算结果表明,对于无人机用发动机,采用使用载荷谱进行寿命试车研究更能有效反映实际载荷特点。     

载荷相互作用效应的非线性累积损伤模型

在变幅载荷作用下,载荷的加载顺序及载荷间的相互作用效应将会影响结构的寿命.通过前后两级载荷应力比的平方来表现损伤演化过程中载荷相互作用效应的影响,将其引入叶笃毅模型,改进了后一级载荷的损伤演化方程,建立了剩余疲劳寿命预测的改进模型.通过两种材料的试验数据对比,验证了改进模型在两级载荷加载下的有效性.     

某轿车摆臂疲劳试验载荷谱编制及寿命预测

传统编谱方法对低幅载荷只考虑其损伤作用,没有考虑零件的低载强化特性。以某轿车摆臂为对象,编制了耐久性试验用程序载荷谱,再分别按照传统损伤理论与低载强化理论预估零件的疲劳寿命,比较分析两种理论在疲劳寿命预测上的差异。台架试验结果表明,考虑低载强化作用的寿命预测方法对零部件的寿命预测具有更高的精度,这对汽车零部件耐久性试验失效模式和耐久性里程的更精确推断具有重要意义。     

某型轿车摆臂程序载荷谱编制研究

通过实测摆臂试车场道路载荷谱,对摆臂目标测点载荷谱进行了统计分析,综合考虑结构的低载强化特性与传统载荷谱编制方法,提出了一种包含具有强化效果载荷的程序载荷谱编制方案。该方案依据摆臂结构的低载强化特性删除了大量无效载荷,同时保留了载荷谱中具有强化效果的载荷,并研究了强化载荷之间的等强化准则,将强化载荷折算到最佳强化载荷等级,减少了强化载荷试验频次,能够快速、真实地模拟出汽车零部件实际受载情况,试验加速效果明显。     

变速器可靠性试验强化系数研究

为了进一步提高可靠性强化试验及结果评价的合理性,利用实测载荷谱和疲劳寿命预测理论,计算了变速器室内/外可靠性试验和用户实际使用路面可靠性试验的疲劳寿命,进而确定了室内/外可靠性试验载荷谱的强化系数。通过分析计算,浓缩前后强化载荷谱的损伤值基本一致,而时间大大缩短,说明该浓缩的强化载荷谱能够快速有效地预测零/部件的疲劳寿命,并为产品的可靠性强化试验提供依据。     

飞机结构疲劳寿命分散系数研究

飞机结构疲劳寿命分散系数是飞机疲劳寿命评定工作中的一个重要可靠性指标。目前,我国飞机定寿工作中采用全机疲劳试验总试验小时除以疲劳寿命分散系数得出机群安全寿命的结论。通常,在不考虑机群服役环境差异而导致的环境分散系数时,所选取的疲劳寿命分散系数主要考虑两部分,一是机群使用载荷差异导致的载荷分散系数,二是结构材料与制造质量差异导致的结构分散系数。介绍分析了服从对数正态分布与威布尔分布时飞机结构疲劳寿命分散系数的表达形式;对于同型飞机结构疲劳寿命在不同载荷谱下服从对数正态分布的情况,推导了疲劳寿命分散系数可用载荷分散系数与结构分散系数乘积表示的条件;对于同型飞机结构疲劳寿命在不同载荷谱下不服从同一分布的情况,通过等损伤原理可以将服役飞机实际飞行小时数折算到同一试验载荷谱条件下的当量飞行小时数,计算同一试验载荷谱下的结构分散系数,以此作为疲劳寿命分散系数求得的飞机结构安全寿命可作为单机寿命管理的基准寿命值。     

某型民机后机身疲劳试验若干加速方法的研究与应用

简化载荷谱是加速疲劳试验、缩短试验周期的有效方法。在某型民机后机身4倍疲劳寿命试验中,采用平均应力法,将"5×5"载荷谱中的运行次数多、载荷系数较小的载荷通过等损伤折算,简化为载荷系数较大的载荷,将试验实施谱加载端点数减少将近一半,很大程度上减少了试验时间。在此基础上,采用等速率优化方法,将疲劳试验加载时间缩短至原来的62.5%。4倍疲劳寿命试验结果表明,该方法是合理的、可靠的、有意义的,能准确反映结构的真实疲劳损伤,可应用于类似的疲劳试验中。     

一种新的谱载荷寿命评估模型

基于零件的低载强化与损伤规律,提出了一种谱载荷下的寿命评估模型。汽车使用中遇到的随机载荷,80%是疲劳极限以下的小载荷,而传统的疲劳累积损伤理论在估算零件寿命时,很少或几乎不考虑使用过程中小载荷对结构造成的强度强化,只考虑大载荷对结构造成的损伤,使得估算结果与实际寿命存在很大差别。零件在小载荷作用下,随作用次数的增加,零件强度先增大后减小。该模型以此规律为基础,充分考虑了小载荷对的零件强度的影响,更加准确的反映了零件疲劳过程的客观现实。通过两种零件的寿命评估实例发现,该模型不仅计算简单,而且有更高的预测精度,为合理地进行汽车轻量化设计提供了理论和技术依据。     

当量损伤折算

对疫劳寿命估算或疲劳载荷谱编制中较常用到的当量损伤折算问题进行了分析讨论,明确指出在进行当量损伤折算时应符合疫劳强度规律或裂纹扩展规律,并导出了相应的常用当量损伤折算公式。最后提出了可供工程应用的简洁的通用当量损伤折算公式。     

一种确定加速弯曲疲劳试验载荷的方法

为缩短多级多工况传动装置研发周期,降低研发成本,文章以混凝土减速器为例,提出了一种确定加速弯曲疲劳试验载荷的方法。根据减速器的实测载荷谱,考虑传动部件之间实际载荷作用规律,采用多级等效载荷法,推导出各个齿轮的弯曲等效载荷并通过线性强化方法最终获得加速弯曲疲劳试验载荷。采用MASTA软件验算结果表明,各齿轮在两种载荷状态下损伤率一致性很好。     

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。     

基于低载强化特性的疲劳寿命估计方法

准确地估计疲劳寿命对于汽车零部件的可靠性和轻量化设计具有重要的作用。但由于现有疲劳寿命估计方法认为载荷仅对零件造成损伤,导致工作载荷下基于传统疲劳寿命预估方法得到的疲劳寿命较为保守。大量研究结果表明,疲劳极限以下载荷对零件疲劳强度的强化作用。以碳钢低载强化特性为基础,基于Miner准则,提出一种考虑低载强化效果的简化的疲劳寿命预估方法。该方法将疲劳寿命预估分成两个阶段,在不同的阶段分别考虑低幅载荷的强化和损伤。通过对强化效果与强化载荷和强化次数的关系进行线性简化,简化了疲劳寿命的计算过程。以轿车扭杆梁后桥为对象,通过采集试车场道路下的工作载荷,利用该方法和Miner准则对后桥进行疲劳寿命估计,并通过道路载荷模拟技术对后桥进行试验验证。结果表明,该方法具有较高的精度。     

某型飞机机翼Ⅱ梁框疲劳寿命研究

某型飞机机翼Ⅱ梁框是重要的受力部件,必须准确估计疲劳寿命,以预防疲劳事故的发生。采用名义应力法和局部应变法两种方法及Miner累积损伤理论估计疲劳裂纹形成寿命;在随机载荷谱转化为等幅载荷谱的基础上通过Walker方程求得疲劳裂纹扩展寿命,从而估算出某型飞机机翼Ⅱ梁框的疲劳寿命。估算结果与试验结果吻合很好。     

考虑低载强化效应的变速器加速试验谱的编制

变速器室内台架模拟试验是考核、评价和提升其性能的重要手段。以变速器为对象,提出了一种能简化变速器加速疲劳试验程序载荷谱的编制方法。利用无线遥测技术在垫江汽车试验场采集了汽车变速器的实际道路载荷谱,分挡位对实际载荷谱进行了预处理。以2挡载荷为例,应用雨流计数法得到载荷的频次分布矩阵,运用卡方检验发现载荷均值服从均值为91.77 N·m、标准差为163.27 N·m的正态分布,载荷变程服从形状参数为1.346、比例参数为305.489的双参数威布尔分布,并且均值和变程相互独立。利用二维概率分布函数,建立了8×8级二维载荷谱。应用变均值法,将二维载荷谱转化为8级一维载荷谱。依据半轴的损伤特性和低载强化特性,研究强化载荷之间的等强化准则,将强化载荷折算到最佳载荷级,减少了载荷加载频次,提高了试验效率。     

高速列车车体加速寿命试验载荷谱编制及分析

铝合金车体是高速列车的关键核心部件,设计中需要满足超长疲劳寿命要求。工程中,为避免实际运行中发生疲劳失效,同时降低试验成本,常采用加速寿命试验方法。采用车辆系统动力学方法计算获得车体随机载荷谱,对载荷谱进行处理,得到载荷频次图;基于FKM标准,编制三种载荷比下1×10⁷次循环对应的车体加速载荷谱;采用有限元法,分别施加三种载荷比条件下的载荷谱,得到对应的加速系数;分别采用线性及非线性损伤累积理论,分析载荷块谱的加载顺序对车体损伤累积的影响。得出结论：在原始载荷谱和加速载荷谱作用下,车体结构各点疲劳损伤均小于1,满足设计要求;分别提高载荷比至P=1/3和P=2/3,对应的加速系数为12.75和218.65;载荷谱加载顺序对车体疲劳累积损伤有影响：以P=2/3为例,高-低顺序载荷谱循环632次时,损伤值累积达1,而对应相同的损伤值,低-高顺序载荷谱仅需要循环614次。结果表明车体承受载荷存在低应力幅占优的特点,即低-高加载顺序具有更好的加速效果。对车体加速寿命试验载荷谱的编制及分析方法研究,为车体台架疲劳试验提供理论依据及科学指导。     

疲劳载荷谱编制准则

通过试验和理论分析，研究了随机疲劳载荷的小载荷取舍标准，载荷之间的相互作用效应和顺序效应对疲劳损伤的影响，最后提出了与随机载荷历程等效的疲芝谱的编制方法及准则。     

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。     

[车辆工程与测控]基于损伤关联编辑法的地铁支架安装座寿命研究

以地铁底架天线安装座为研究对象,提出一种铝合金焊缝载荷谱编制方法。基于多通道损伤关联编辑理论选定加速参数,构建预设损伤与伪损伤最相符的加速激励谱。分析目标谱的时域与频域特性发现,损伤关联编辑法加速效果明显且各项基本特性参数误差可控制在5%以内。建立有限元模型,分别采用准静态叠加与单轴谐响应方法计算累积损伤,仿真结果表明载荷谱缩减前后焊缝疲劳寿命误差在10%以内且加速效率高,验证了该载荷谱编制方法的合理性。台架模拟长寿命试验数据表明,使用编制过的载荷谱后,试验时间可缩短40%以上,焊缝疲劳损伤误差可控制在15%以内。该方法可为车辆其他设备载荷谱编制提供参考。