双圆弧行星齿轮传动系统强度和疲劳分析

为了准确评估双圆弧行星齿轮传动系统在实际工作中的强度和疲劳特性,建立了双圆弧行星齿轮传动系统的三维几何模型,利用HyperMesh获得高质量的六面体网格,结合Ansys建立有限元模型并进行瞬态动力学分析,得到了传动系统运动过程中的等效应力和接触应力的变化曲线,并结合Fatigue Tool进行了疲劳寿命分析.结果表明,该传动系统在啮合过程中的应力集中在行星轮和太阳轮的啮合端面位置;接触应力变化平稳,整个结构冲击较小;疲劳破坏集中在行星轮和太阳轮的啮合位置.     

在线修正大型起重机剩余寿命的研究

基于修正Miner疲劳损伤累积理论,采用在线修正的名义应力估算疲劳寿命的方法,设计了一套大型起重机在线寿命预测系统。通过数据的实时测量对剩余寿命进行修正,更好地结合实际,提供了一种准确、实用的预测起重机安全剩余寿命的新手段。     

残余应力对齿轮弯曲疲劳的量化影响研究

随着风电、高铁、掘进等高端装备对齿轮功率密度、服役寿命等要求的提高,齿轮的弯曲疲劳问题日益显著。为提升齿轮弯曲疲劳性能,通过渗碳热处理、喷丸强化等工艺为齿轮引入较高的残余压应力已逐渐成为工业界的标配。为揭示残余应力对齿轮弯曲疲劳性能的量化影响,在最大主应变寿命预测准则中引入残余应力影响项,通过弯曲疲劳试验确定最优残余应力影响系数,进而采用新的试验数据验证模型的准确性。基于工程应用出发,引入修正应力的概念统一不同残余应力状态下的齿轮弯曲应力-寿命(S-N)曲线,研究结果显示,最大主应变准则中,残余应力影响系数取值为0.15时,可实现较高的寿命预测精度,而修正的S-N曲线中,最佳残余应力影响系数为0.25。研究成果可用于工程实际中齿轮弯曲疲劳快速评估。     

基于损伤本构的齿轮疲劳模型

在损伤本构模型基础上,依据Lemaitre-Chaboche塑性损伤理论,建立了一种新的齿轮材料疲劳损伤模型,导出了齿轮材料的疲劳寿命理论方程,结果表明基于损伤本构的疲劳损伤模型正确反映了材料属性、三轴应力比、应力幅值水平对疲劳寿命的影响,而且给出了这种新的理论疲劳理论模型算例验证,分析了该模型与传统名义应力S-N曲线形式的统一性,为预测齿轮材料的寿命提供了一种新的途径。     

基于42CrMo齿轮的弯曲疲劳试验研究

42CrMo属于超高强度钢,其具备较高的强度,材料淬透性能好,淬火后的变形量小,大量地应用于牵引用的大齿轮、承压主轴、连杆等传动件材料,弯曲疲劳试验对齿轮疲劳寿命预测具有重要意义。首先,通过齿轮弯曲疲劳试验,获得了应力比R=0.1时交变载荷作用下的齿轮弯曲疲劳试验数据,得到了齿轮弯曲疲劳强度P-S-N曲线和拟合曲线关系式,以及不同可靠度下齿轮所能承受弯曲的疲劳极限值。随后,采用有限元方法对齿轮弯曲疲劳试验进行了数值模拟,得到了齿轮齿根处的静力学强度和理论计算值对比,分析表明数值模拟所得结果与理论分析结果基本一致,可以作为弯曲疲劳试验疲劳寿命仿真的基础。最后,通过弯曲疲劳寿命试验试验值与数值模拟结果对比,结果表明,疲劳寿命试验值与可靠度在84.1%时数值模拟得到的弯曲疲劳寿命基本一致,验证了数值模拟的准确性,因此能够有效预测42CrMo齿轮的弯曲疲劳寿命。     

齿轮弯曲疲劳寿命及可靠性分析研究

齿轮是传动系统中的关键部件,对其疲劳寿命及可靠性研究非常重要.采用了名义载荷法完成齿轮疲劳寿命的估算并对其可靠性进行研究.将齿轮材料属性定义为结构钢,给定齿轮工作载荷谱,并基于疲劳损伤理论Miner,完成时齿轮疲劳寿命的研究.     

塑料齿轮加速疲劳寿命试验机研制及试验研究

基于恒定应力加速疲劳寿命测试原理,研制了针对塑料齿轮的试验机,进行疲劳寿命的快速测试.重点研究了试验机的工作原理、结构以及核心零部件的设计.整体上采用卧式结构,设计了专用的齿轮工装来保证测试精度,由温控箱对测试环境温度进行调节控制.该试验装置可以准确测量塑料齿轮的转速、转矩、温度以及循环次数对传动效率的影响.试验结果表明,转矩越大,塑料齿轮在稳定磨损阶段的平均效率越低;平均温度越高,循环次数越少.为塑料齿轮寿命预测和失效形式的研究提供了一种高效可行的方法与装置,具有理论价值与实际应用价值.     

用Miner法则来预测齿轮寿命

使用系数常被用来估计齿轮运行寿命和评估齿轮传动。一个更为精确的方法是用Miner法则来确定累计损坏。通常,我们是假定一交变载荷的等效常值来估计齿轮传动系统的运行寿命。运行系数和利用系数作为这个值的一部分从而来近似变化峰值载荷的影响。如果人们凭自己的设计经验将不同结构、材料象渗碳的行星减速器仍按淬火平行轴减速器,那他所得到的结果是不能令人满意的。在确定受不寻常载荷作用的齿轮减速器的尺寸时所需的标准使用系数同样是不可靠的,后面讨论的风机就是一个很好的例子。使用系数不能从一种材料推算到另一种材料,这     

装甲车辆侧减速器齿轮接触疲劳寿命预测研究

通过对根据典型路面实车试验获得的载荷数据进行雨流计数处理,编制了装甲车辆侧减速器齿轮所承受的扭矩谱和应力谱;充分考虑残余应力对齿轮接触疲劳极限的影响,通过强度和硬度之间的转换关系以及疲劳强度与残余应力的作用关系,得到了齿面沿深度方向的静强度以及接触疲劳强度分布;结合疲劳寿命分析技术,进行了齿轮疲劳寿命预测,其预测结果与实际规律相符合。     

基于不同工况的直齿轮接触强度分析与疲劳分析

针对齿轮在长周期交互循环载荷作用下的疲劳失效问题,以一对相互啮合的渐开线直齿轮为研究对象,对其进行了静态和动态应力分析,并基于载荷谱及材料的S-N曲线以及线性累积损伤理论,对其进行疲劳寿命分析,得到不同影响因素下的齿轮疲劳寿命云图和各个节点的最小疲劳寿命。结果表明：在静载条件下,齿轮副的最小疲劳寿命区域出现在静态力学分析的最大接触应力位置;在动载条件下,齿轮副的最小疲劳寿命则位于齿面分度圆与齿轮端面的过渡区域。     

多轴变幅载荷下基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法

提出一种多轴变幅载荷下基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法。首先,通过循环计数方法确定多轴变幅载荷历程的计数循环(反复);其次,通过材料的循环应力应变关系和Neuber法推导出虚拟等效应变与真实等效应力之间的关系,并且分别将拉伸型和剪切型Shang-Wang多轴疲劳损伤参数替换虚拟等效应变幅来求解临界面上的真实等效应力幅;然后,通过真实等效应力幅和Neuber法则计算临界面上真实的拉压和剪切等效应变幅,并运用Manson-Coffin方程分别计算缺口部件的拉压和剪切疲劳寿命;最后,选择拉压和剪切疲劳损伤值中的较大值作为每个计数反复的疲劳损伤,并采用Miner法则进行疲劳损伤累积。缺口件多轴疲劳试验结果表明,采用基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法具有较高的预测准确度。     

FATIGUE RELIABILITY DESIGN AND ESTIMATION METHOD FOR VARIABLE LOADING

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随机载荷循环作用下的机械结构疲劳寿命预测模型

基于名义应力法建立了随机载荷循环作用下的结构疲劳寿命预测模型。分析了结构所受循环载荷作用的不确定性特征,在以循环载荷作用次数为寿命度量指标框架下,运用概率加权法和线性Miner累积损伤法则,分别建立了疲劳寿命与应力之间关系分别服从指数函数和幂函数两种形式时,随机载荷循环作用下的结构疲劳寿命预测模型,并运用所建立的模型对某转动轴的疲劳寿命进行了预测研究。     

高耸塔器风致疲劳寿命时域分析

针对沿海多风地区高耸塔器可能因长期风致振动导致的疲劳问题,以随机风致应力响应的时程模拟、风速风向联合分布模型、雨流法以及Miner疲劳累积损伤理论为基础,提出了基于时域法的高耸塔器风致疲劳寿命数值计算方法,并针对某一典型高耸塔器进行了相关分析。结果表明：长时间的空塔工况可能导致该塔器严重的疲劳损伤甚至失效,而操作工况下的风致疲劳寿命一般可以满足设计年限要求;横风向共振是引起该塔器空塔工况风致疲劳的决定性因素,而强风造成的顺风向振动是导致其操作工况下疲劳损伤的主要原因;该塔器空塔和操作工况下的疲劳分布曲线分别呈多峰型和单峰型,可见顺风向的疲劳损伤比横风向更为集中。     

PROBABILISTIC METHODOLOGY OF LOW CYCLE FATIGUE ANALYSIS

The cyclic stress-strain responses (CSSR), Neuber's rule (NR) and cyclic strain-life relation(CSLR) are treated as probabilistic curves in local stress and strain method of low cycle fatigue analy-sis. The randomness of loading and the theory of fatigue damage accumulation (TOFDA) are consid-ered. The probabilistic analysis of local stress, local strain and fatigue life are constructed based on thefirst-order Taylor's series expansions. Through this method proposed fatigue reliability analysis can beaccomplished.     

The Effect of Surface Roughness on Contact Fatigue Behavior Using Mesoscopic Approach

The effect of surface roughness on the contact fatigue was investigated in this study. To accomplish this goal, contact analysis based on the influence functions and the rectangular patch solutions was performed to obtain the subsurface stress. Mesoscopic multiaxial fatigue criterion is then applied to predict fatigue damage. Rainbow counting method and damage rule were used to evaluate the fatigue life under random loadings caused by the rough surface contact. As a result of the fatigue analysis, the relationship among the fatigue life, the crack initiation depth, and the surface roughness were revealed. It is observed that the fatigue life has hardly changed and a crack is initiated at subsurface for the surface with the surface roughness below a critical value. However, if the surface roughness exceeds the critical value, fatigue life is remarkably reduced and the site of crack initiation moves to the near surface.     

Contact fatigue life prediction of a bevel gear under spectrum loading

Rolling contact fatigue (RCF) issues, such as pitting, might occur on bevel gears because load fluctuation induces considerable subsurface stress amplitudes. Such issues can dramatically affect the service life of associated machines. An accurate geometry model of a hypoid gear utilized in the main reducer of a heavy-duty vehicle is developed in this study with the commercial gear design software MASTA. Multiaxial stress–strain states are simulated with the finite element method, and the RCF life is predicted using the Brown–Miller–Morrow fatigue criterion. The patterns of fatigue life on the tooth surface are simulated under various loading levels, and the RCF S–N curve is numerically generated. Moreover, a typical torque–time history on the driven axle is described, followed by the construction of program load spectrum with the rain flow method and the Goodman mean stress equation. The effects of various fatigue damage accumulation rules on fatigue life are compared and discussed in detail. Predicted results reveal that the Miner linear rule provides the most optimistic result among the three selected rules, and the Manson bilinear rule produces the most conservative result.     

基于应力测试的港口门座起重机金属机构剩余寿命估算分析

以某港口门座起重机为研究对象,采用疲劳寿命估算方法,从材料的S-N曲线出发,考虑各种影响因素,结合实测应力谱,按照线性累积损伤理论及修正Miner法则,进行金属结构的疲劳寿命估算,再结合起重机的结构件劣化状态,无损检测等技术手段进行综合分析,估算出起重机的安全使用寿命,为门座起重机疲劳剩余寿命评估提供有效可行的方法,对准确估算门座起重机金属结构疲劳剩余寿命提供科学的数据。     

考虑载荷加载顺序的模糊Miner理论研究

针对传统Miner理论无法考虑载荷加载顺序的缺陷,应用模糊数学方法分析了不同载荷顺序下疲劳极限附近的应力对构件造成疲劳损伤的模糊性,使修正后的模糊Miner理论能够较好地反映出载荷加载顺序对疲劳寿命的影响。算例分析的结果表明,该方法使疲劳寿命的预测误差由原来的63％减小到14.7％,说明这一方法具有较好的预测精度和工程实用价值。     

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。