海上风机支撑结构的频域疲劳评估方法研究

针对风浪联合作用下海上风机支撑结构的疲劳问题,提出一种频域疲劳评估方法.基于风浪散布图,提出风浪联合作用下疲劳热点应力功率谱密度函数的组合方法,并提出多载荷联合作用下最大主应力线性化方法.利用多输入线性系统理论,得到风载荷作用下热点应力功率谱密度函数的计算方法,并对各种谱疲劳损伤计算方法进行对比分析.以3 MW导管架式海上风机支撑结构为研究对象,验证所提方法的计算精度,风载荷作用下热点应力功率谱密度函数计算结果与时域模拟结果吻合较好.该方法简便有效,可用于风机支撑结构疲劳的快速评估.     

动车水箱疲劳振动试验及数值模拟研究

轨道车辆及车载设备大量使用焊接结构,其在振动载荷作用下的疲劳破坏通常发生在焊缝处.针对动车水箱焊缝疲劳寿命开展随机振动台架试验及数值仿真研究.在台架试验中,按试验规范输入强化加速度随机振动自功率谱,检验该水箱是否满足疲劳寿命的要求.在进行数值模拟研究中,按试验工况条件建立水箱疲劳寿命仿真模型,其中将振动试验的激振信号作为仿真的输入载荷,采用壳单元建立水箱构件及焊缝的有限元模型,通过附加质量等效内部液体,根据BS7608标准确定相应焊缝的S-N曲线,采用名义应力法预测水箱焊缝在试验工况下的疲劳寿命.仿真所得焊缝失效部位及疲劳寿命与振动台架试验结果基本吻合,说明该焊缝疲劳寿命预测方法的正确性,为焊接结构疲劳设计提供有效的分析算法.     

基于有限元分析的摩托车车体载荷谱编制

在采用电测方法进行载荷实际测试时,由于结构复杂致使贴片位置受到限制,难以准确测取危险点应力状态,提山了基于应力转换（即将摩托车车体上易测点的应力转换为最危险点处的应力）的编谱方法。获得转换后的应力一时间历程后,经雨流计数和不同工况下数据的综合分析,编制了车体最危险点处的疲劳载荷谱,为年体疲劳寿命评估和改善车体质量等提供了重要的载荷依据。     

加筋板在热声载荷作用下随机疲劳寿命估算

薄壁结构在热声载荷作用下的应力响应对其疲劳寿命估算有着很大的影响。给出了热声载荷作用下加筋板结构的大挠度运动方程,运用有限元方法进行数值模拟,分别计算了四边简支薄壁板与加筋板在相同有限带宽高斯白噪声载荷和变化温度下的应力响应,得到了应力时间历程、应力概率密度分布和应力功率谱密度,利用改进的雨流计数法,结合线性累计损伤理论,采用Smith-Watson-Topper(SWT)平均应力模型估算了两种结构在热声载荷作用下的疲劳寿命,并进行了比较分析。     

汽车悬架随机疲劳寿命计算模型

基于汽车悬架二自由度模型，以标准路面功率谱密度函数为输入随机激励，应用随机振动理论，导出悬架所受应力的功率谱密度函数。然后针对具有窄带随机过程特征的应力功率谱密度函数，用Palmgren—Miner疲劳线性累积法则，研究汽车悬架的疲劳寿命计算方法，得出其累积疲劳的计算公式。     

装甲车辆履带板疲劳寿命预测

履带板疲劳破坏是履带式装甲车辆在实际工况下主要的失效形式之一.本文建立履带式装甲车辆行走系统动力学仿真模型,通过有限元分析方法对已构建的履带板进行力学分析,并基于建立的不同等级路面模型,获得多种工况下的履带板随机载荷历程,得出履带板关键部位应力与载荷的关系,并应用统计分析方法获得关键部位随机载荷谱.根据疲劳损伤累积理论...     

门式起重机应力谱与主梁疲劳寿命预估

目前门式起重机疲劳事故频发,用于计算门式起重机寿命的应力谱难以获得,寿命预测公式与实际工况差别较大。首先,对实测的一段时间内的门式起重机的特征参数分别进行似然比检测和拉丁超立方抽样(Latin hypercube sampling,LHS)数值拟合,刻画出门式起重机载荷-应力历程的最佳参数概率分布模型,再运用雨流计数法获得门式起重机寿命预估所需要的应力谱;然后,结合Forman疲劳裂纹扩展公式和Miner连续损伤理论,研究了线弹性裂纹与弹塑性裂纹的应力强度因子,并推导出了门式起重机主梁在恒定载荷与交变载荷作用下的疲劳寿命公式;最后,运用上述方法所得到的应力谱、寿命公式进行模拟计算和同步试验,并对模拟结果和试验结果进行比对,发现模拟计算的应力谱与试验所得的应力谱的误差仅为3.43%,验证了应力谱计算方法的正确性,且该研究工况与门式起重机的工况更加接近,能较准确地预测出门式起重机的寿命。     

CRH5型高速动车组车轮轮辋疲劳寿命分析

根据国内外车轮相关标准,采用基于有限元法的疲劳寿命分析方法分析了动车组车轮轮辋疲劳寿命。根据UIC510-5和BS EN13979标准,确定了车轮运行过程中的载荷工况,进而编制了动车组车轮在不同工况下的载荷谱。借助有限元软件分析了不同工况下动车组车轮的应力状态并获得了轮辋危险部位的应力谱,结合轮辋材料的S-N曲线和Miner法则对直道、弯道和道岔工况下车轮轮辋危险部位的疲劳寿命进行了估计。结果表明:道岔工况对轮辋危险部位寿命影响最为严重,而直道和弯道的影响相对较小。分析结果为确定车轮的安全检修周期提供了一定的理论依据,对高速动车组的安全运行有实际指导意义。     

基于ANSYS Workbench的电动车车架疲劳分析

为优化电动车车架设计及后续改进,通过三维软件Solidworks对电动自行车车架进行三维建模,并导入ANSYS Workbench软件从而获得有限元模型.根据车架实际试验要求,对有限元模型进行结构的静力分析,获得车架各部分应力应变情况,随后分别进行恒定载荷疲劳分析和随机载荷疲劳分析;在此基础上,对车架在不同工况环境下的寿命进行分析评估,探讨不同工况下寿命随载荷的变化情况,找出应力集中部位和容易产生失效的部位.     

基于健康监测系统实测应力的钢箱梁疲劳评估

研究直接利用健康监测系统实测应力对钢箱梁进行疲劳评估.采用雨流计数法技术统计分析应力时程数据得到日应力谱,由多天的日应力谱进行统计平均得到标准日应力谱.基于线性累积损伤准则和钢箱梁各连接部位的疲劳强度曲线,对其进行疲劳损伤评估,并根据交通状况的改变实时更新评估结果.结合某大桥健康监测系统,采用提出的方法对其钢箱梁进行疲劳评估.结果表明,U肋与横隔板连接部位将产生疲劳损伤,需加强维护.     

缺口件疲劳损伤累积规律的研究

为解决传统疲劳方法对于缺口件疲劳寿命估算不准确的问题,引入疲劳损伤累积的概念.利用有限元分析方法,计算了中心圆孔试件在4种疲劳载荷作用下缺口处的应力-应变响应.采用坐标变换的方法得到缺口处在4种疲劳载荷作用下任意材料平面上的应力、应变分量.选取6种损伤参量进行研究,计算得到6种损伤参量随截面位置的变化情况,进而可以确定最大疲劳损伤.为了获得6种损伤模型的累积规律,计算在不同循环内的最大累积损伤,进而获得最大疲劳累积损伤与循环次数的关系.结果表明:中心圆孔缺口件在4种疲劳载荷作用下6种损伤模型的累积规律都为线性.以该结论为基础可估算缺口件的疲劳寿命.     

基于局部应力应变场强法的薄壁缺口结构随机声疲劳寿命估算

航空发动机火焰筒结构在随机声激励下的寿命估算属于典型的多轴疲劳问题。对航空薄壁结构随机声疲劳寿命估算的峰值概率密度法和功率谱密度法进行了探讨。在应力场强法的基础上,深入研究了一种用于薄壁缺口结构随机疲劳寿命估算的有效方法——局部应力应变场强法,该方法能同时考虑缺口局部应力梯度和应变梯度对疲劳损伤的影响。以薄壁缺口结构作为研究对象,结合声疲劳问题分析的一般方法,对局部应力应变场强法在声疲劳寿命估算中的运用进行了研究。     

基于临界平面法的混凝土疲劳寿命预测研究

利用疲劳分析的临界平面方法和有限元分析手段,以塑性应变能密度为损伤参量,计算混凝土疲劳试件在疲劳载荷作用下的累积损伤,得到损伤累积规律,结合实验结果建立疲劳损伤累积方程,并得到临界最大累积损伤及其产生的位置.考虑载荷水平的影响,得到规范化的临界塑性应变能密度和应力水平的关系方程.结合疲劳损伤累积方程和损伤与应力水平关系方程,对试件疲劳寿命进行预测,预测结果与实验结果吻合很好.     

自行火炮行动系统疲劳可靠性分析的CAE仿真方法

提出了自行火炮行动系统疲劳可靠性分析的CAE仿真方法。建立自行火炮虚拟样机模型,并仿真获得了各典型行驶工况下的行动系统关重件的载荷时间历程。以扭力轴为主要研究对象,对其载荷历程进行计数统计、参数估计与检验、合成与扩展,并在有限元分析的基础上获得了扭力轴最危险部位的全寿命里程二维疲劳应力设计谱。考虑各种横向影响因素的随机性,利用M onte-Car-lo和3-6-1BP网络仿真了扭力轴的p-Sa-Sm-N曲面。由MTPM iner准则和ETPM iner准则,进行了扭力轴的疲劳可靠性分析。并由仿真结果对扭力轴大小修周期提出了合理的建议。     

弹塑性疲劳微弯裂纹CTOD及J积分问题

从理论上比较精确地研究了疲劳载荷作用下弯曲延伸裂纹尖端塑性区域边界上的交变正应力和交变剪应力的分布状况.综合考虑了疲劳作用应力、塑性区域交变正应力和交变剪应力,利用二阶摄动方法,研究分析了疲劳载荷作用下弯曲延伸裂纹尖端塑性区域的范围.利用二阶摄动方法与卡氏定理计算了疲劳载荷作用下弯曲延伸裂纹尖端张开位移的最大值及变化幅值.以弯曲延伸裂纹尖端塑性区域的边界曲线为积分回路,求解了疲劳载荷作用下弹塑性弯曲延伸裂纹尖端J积分的最大值与变化幅值.为有效地预测及驾驭疲劳载荷作用下工程结构裂纹的弯曲扩展提供了理论依据.     

基于损伤累积效应的半潜式平台结构疲劳分析方法

采用简化法对半潜式钻井平台的疲劳损伤和应力范围进行分析,并通过平台结构疲劳谱闭合分析得到波浪谱的短期分布密度函数,根据Miner线性累积疲劳损伤准则求解平台整体疲劳损伤。研究半潜式钻井平台在极端海况下的疲劳损伤对其疲劳寿命的影响,以及历史疲劳损伤对在用半潜式钻井平台的剩余寿命产生的影响,并提出基于历史损伤累积效应和极端海洋环境载荷作用的半潜式钻井平台剩余寿命分析方法。     

轮式装载机半轴载荷谱编制及疲劳寿命预测

通过实测装载机半轴典型作业工况的载荷信号,编制了半轴的载荷谱,为预测半轴疲劳寿命提供了载荷条件。根据所编制的载荷谱和半轴有限元分析结果,利用Miner准则对半轴进行了疲劳寿命预测。分析了不同工况对疲劳寿命的影响。结果表明:原生土和半湿土工况造成的疲劳损伤比例达到68.6%,而其他工况造成的损伤较小。考虑到不确定因素对疲劳寿命的影响,对半轴的疲劳寿命进行了灵敏度分析。由灵敏度分析结果可知,当半轴表面有100MPa的残余压应力,可提高寿命3.7倍;载荷幅值增加10%,寿命减少80%。该方法可以为准确预测装载机半轴疲劳寿命,改进半轴结构提供参考。     

大型翻板闸门流体激振的双模型试验研究

针对水工闸门的流激振动普遍存在的情况下，振动强度难以预测的问题，通过双模型试验获得结构振动响应特征，即通过变态相似的水力学模型试验获得流体激振载荷功率谱密度，借助严格比例的结构模型试验获得液固耦合下的结构分析点的传递函数，通过数值计算得到不同工况下闸门过流时的振动随机响应特征.在某大型翻板闸门的应用结果表明，该方法合理有效，通过模型试验与随机响应计算，预测实际流激振动的随机响应特征量；门顶过流时该闸门的振动响应集中在低频段，不会产生共振现象，同时该闸门对波浪载荷作用将是敏感的，必须给予充分关注.     

基于柴油机考核工况的曲轴疲劳耐久性模拟试验方法

针对曲轴耐久性试验周期长、费用高等问题,提出一种基于柴油机台架考核试验的曲轴疲劳耐久性模拟试验方法.该方法使用有限元瞬态分析计算获得曲轴在4种主要考核工况下的应力时间历程,按不同工况考核时间比例编制了疲劳载荷谱,根据疲劳损伤累积理论计算出曲轴可持续工作时间,并提出了耐久性评价方法.以某曲轴为例,叙述了模拟试验方法的应用过程.应用结果表明,该方法可以对曲轴考核工况的耐久性进行模拟,也可用于曲轴设计时的疲劳寿命预测.     

前卸料混凝土搅拌运输车车架载荷谱研究

为获得前卸料混凝土搅拌运输车车架载荷谱,本文在某汽车试验场进行应变电测实验,得到车辆在石块路行驶时车架动应力数据,并通过雨流计数法进行统计分析,获得车架载荷谱,同时对车架载荷谱分布特征进行分析。分析结果表明,由于测点3,4位于强度和刚度较弱的车架中部,因此这2个测点的应力值及变化幅度均大于测点1,2,5,6的应力值及变化幅度;车架各测点动应力雨流计数统计得到的均值基本服从正态分布,幅值基本服从威布尔分布,即载荷谱特征服从威布尔分布。该研究为车架结构的可靠性设计及疲劳寿命分析提供了参考依据。