装载机工作装置疲劳试验载荷谱编制方法

为研究装载机工作装置疲劳性能,提出了一种考虑分段载荷均值特性的工作装置疲劳试验程序载荷谱的编制方法,采集了4种典型物料铲装作业时工作装置的销轴载荷信号,并将销轴载荷转化为铲斗斗尖处的当量载荷。根据载荷特性,将每个作业周期分为空载行进、物料铲装、满载运输和物料卸载4段,完成了载荷的平稳性检验。采用雨流计数法分析各个作业段载荷的均幅值分布特性,结果表明：4个作业段的载荷均值服从正态分布,幅值服从三参数威布尔分布,且均值和幅值分布相互独立。对载荷进行频次外推和合成,并根据均幅值概率分布函数和波动中心法,编制了工作装置8级二维载荷谱和变均值疲劳试验程序加载谱。提出的载荷谱编制方法和结果可为装载机工作装置结构寿命预测及疲劳可靠性台架试验提供参考。     

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。     

装载机驱动桥疲劳试验扭矩载荷谱的编制方法

以装载机前驱动桥疲劳试验扭矩载荷谱的编制为例,将各种工况实测有效数据雨流计数统计的结果按比例系数进行工况合成,并采用雨流矩阵法对合成工况载荷谱外推,得出驱动桥的全寿命扭矩载荷谱,以此为基础编制了前驱动桥疲劳试验和强化疲劳试验的加载谱。编制出的驱动桥疲劳试验扭矩载荷谱能更加有效地反映装载机实际作业情况,为装载机传动系的抗疲劳设计和疲劳寿命预测提供了依据。加载一个需用10. 3 h的强化疲劳试验加载谱块,相当于装载机实际作业609. 2 h,加快了驱动桥总成疲劳试验的进程。     

摩托车车架疲劳试验载荷谱的研究与编制

基于摩托车标准路面实测载荷数据的实际状况,提出一种基于消除趋势项、平滑和滤波等处理方式相结合的摩托车载荷数据信号预处理方法;在考虑摩托车疲劳试验台载荷输入方式的基础上,根据摩托车的使用工况,运用双参数雨流计数法,在实测载荷等效转换为多段等幅力激励载荷后,最终组编形成完整的多工况综合试验载荷谱。同时,采用LS-DYNA进行仿真计算应力,并运用Miner理论计算所编谱与实测谱的疲劳寿命进行对比,验证摩托车车架等效激励载荷谱的有效性。所编制的试验载荷谱具有多段等幅特点,其通用性强,适用于各类型疲劳耐久试验台的载荷加载。     

装载机连杆载荷测试与载荷谱编制方法研究

为了研究装载机连杆载荷与疲劳可靠性试验所需载荷谱特性,提出一种连杆载荷测试与载荷谱编制方法。设计连杆力测试传感器,在大石方、黏土、砂子和小石方4种物料工况下进行连杆载荷测试试验。利用峰谷抽取和小波处理实现了实测数据的压缩编辑,通过雨流计数获得了合成工况下连杆载荷均值频次和幅值频次分别服从正态分布和三参数威布尔分布的拟合数学模型,且载荷均值分布和幅值分布相互独立,编制了连杆二维载荷谱和疲劳试验程序谱,为连杆结构疲劳可靠性分析提供依据。     

时间序列载荷法的桁架式车架疲劳分析

桁架式车架因具有刚度大、质量小等优点,已在高性能车辆上得到广泛使用。为确保车辆安全性和耐久性,对其进行疲劳分析、预测疲劳危险点具有重要意义。根据该类车辆的特性,规划了测试路线,并通过加速度传感器获得加速度载荷谱;分析了车架系统特性和载荷变化频率,确定采用时间序列载荷法;使用雨流计数法对载荷谱进行计数,并对比分析了几种常用的平均应力修正理论;对车架进行疲劳分析,获得车架预测寿命与疲劳危险点的位置。     

多轴非比例载荷谱条件下高强度螺栓疲劳强度分析

以风机主齿轮箱的箱体连接螺栓疲劳强度分析为研究背景,提出一种在多轴非比例载荷谱作用下高强度螺栓连接疲劳强度的分析方法。该方法基于多轴疲劳理论,将外部多轴非比例的风力载荷谱通过连接箱体模型有限元应力计算及雨流计数处理,转化为螺栓各对应载荷方向上的应力雨流谱,然后在螺栓各计算点处进行各载荷方向上的应力合成,按照德国VDI2230标准的计算方法,结合螺栓材料的应力寿命(S-N)曲线,计算得到螺栓各计算点的疲劳损伤率,最后依据线性损伤累计理论,得出连接螺栓的疲劳安全系数。依据本文中的分析方法编制螺栓疲劳强度计算程序,再以某一型号风机齿轮箱的扭力臂与齿圈连接螺栓为例,计算得到该螺栓在风机20年工作寿命内的疲劳安全系数为1. 819。提出的方法为今后计算复杂载荷工况下的螺栓疲劳强度提供了一个新方向。     

一种新的加速耐久性试验谱编制方法

试车场实测载荷谱中含有大量的低幅值载荷,在进行载荷谱编辑处理时存在许多小载荷删除准则,而这些准则往往仅考虑小载荷是否造成损伤。考虑到低幅值载荷的强化效应,提出了一种新的小载荷删除准则。应用该准则对试车场实测载荷谱进行编辑处理,生成了加速谱。从幅值域(穿级计数、雨流计数),损伤域(损伤保留、雨流循环损伤分布),频率域(冲击响应谱、频域疲劳损伤谱)多方面对原始谱和加速谱进行了对比分析,结果表明该方法在保留损伤,保证损伤载荷分布特征和频域特征的基础上实现了加速,加速谱可代替原始谱进行耐久性试验。通过建立整车台架试验,验证了该耐久性试验载荷谱编制方法的可行性。     

装载机工作装置载荷识别模型与载荷测取方法

为了研究装载机铲装作业时所受外载荷大小及变化特性,根据铲斗铰点力与斗尖力关系建立工作装置外载荷识别模型。以国产LW900K装载机为试验样机,提出了三向力销轴传感器法和动臂截面弯矩法两种载荷制取方法,进行典型作业姿态下的载荷验证和铁矿粉物料下的载荷测试试验。结果表明:提出的三向力销轴传感器法和动臂截面弯矩法都能够准确获取外载荷识别所需要的铰点载荷,销轴传感器法结果精度高于动臂截面弯矩法;试验样机工作装置所受大载荷出现在物料铲掘和卸载时刻,测得卸料时的惯性冲击载荷峰值约为400kN;通过雨流计数得到外载荷合力的均值服从正态分布,幅值服从三参数威布尔分布。载荷测试和分析结果能够有效解决装载机工作装置外载荷难以获取的问题,为载荷谱编制和疲劳特性分析提供依据。     

大兆瓦风电主轴承多工况载荷谱编制

风电主轴承进行台架疲劳寿命试验时,实际工况下测得的原始载荷数据频率变化太快,无法直接在试验台加载,有效处理原始载荷数据并制作成便于试验台加载的轴承载荷谱是整个疲劳试验的基础,也是疲劳寿命估算的理论依据.以某型号2.5 MW风电主轴承为例,进行了一种全新的多工况全载荷轴承载荷谱的编制.通过从单一工况延展到多种工况,由一种载荷合并为全载荷,编制方法的核心是雨流计数法统计原始载荷,再利用威布尔三参数方程扩展已知数据,最终得到了该型风机主轴承在30种工况下的10级实验载荷谱.本载荷谱既保留了原始数据的基本特征,又简化了加载方式,使得轴承试验加载成为可能.     

基于路谱载荷的副车架加速耐久台架试验的开发与应用

以试验场路试中某车型前副车架控制臂安装点处焊缝开裂失效为研究对象,对控制臂的路谱载荷进行了采集。将控制臂安装点处的路谱载荷,运用雨流计数法,并根据虚拟的S-N曲线和Miner线性疲劳损伤累积理论,得到路谱载荷下控制臂安装点的伪损伤。根据损伤等效原理,反推出在一定循环次数下,与路谱载荷损伤等效的等幅载荷的幅值。利用等幅载荷对副车架进行加速耐久台架试验验证,发现失效模式、失效寿命与试验场整车试验取得了较好的相关性。通过加速耐久台架试验,快速验证了改进方案,并通过了后续的试验场路试验证。     

汽车控制臂后衬套台架试验疲劳寿命分析

实现多轴工况下的橡胶部件的疲劳寿命预测具有重要意义,对橡胶衬套的台架疲劳试验寿命进行预测,研究和分析实现衬套多轴疲劳寿命预测的一些关键问题。进行衬套部件的台架疲劳试验,获得了部件的试验疲劳寿命。选定疲劳损伤模型,进行橡胶材料的疲劳寿命测试,拟合模型参数;使用有限元仿真和线性叠加法计算得到衬套在台架疲劳试验中的应力和应变响应;对衬套的台架试验疲劳寿命进行预测,分析损伤参数、载荷相位、线性叠加等因素对疲劳寿命的影响。结果表明,该文的材料疲劳试验方法和寿命预测方法能够较好地预测橡胶衬套台架疲劳寿命;对于台架试验工况,损伤参数对寿命影响不大,载荷的相位对寿命影响较大,线性叠加引起的误差不大。     

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。     

一种加速多体动力学模型虚拟迭代的载荷谱编制方法

为加速多体动力学模型的虚拟迭代，提出了一种能够完整保留长里程路面载荷谱损伤值、幅值特征和频率特征的编制方法，采用路面时域信号分割以及路面片段组合优化等手段，使得比利时路单次循环路面里程由2.61 km缩减至1.49 km，生成了用于虚拟迭代的加速谱。对比了下摆臂及转向节分别在比利时路原始谱和加速谱作用下的疲劳损伤，结果显示缩减前后损伤分布一致，摆臂和转向节的最大损伤比值分别为1.081和1.205，表明了加速谱能够替代原始谱。运用该方法对耐久规范中的越野路及山路长里程路面进行了同样的里程缩减处理，并对摆臂和转向节进行了疲劳分析预测，分析结果显示其寿命能够满足疲劳性能目标，并通过了实车道路耐久验证。所提出的载荷谱编制方法为加速多体动力学模型的虚拟迭代提供了一种解决途径。     

基于单胞模型镍基单晶高温合金低周疲劳寿命的预测

基于镍基单晶高温合金的微观尺度结构特征,建立了γ/γ′双相单胞有限元模型,并基于能量耗散理论,引入统一表征非对称载荷循环特性和拉/扭多轴效应的k参量,以循环塑性应变能作为损伤参量,建立了镍基单晶高温合金低周疲劳寿命预测模型;分别利用宏观有限元模型和γ/γ′双相单胞微观有限元模型对[001]取向的DD3、PWA1480和CMSX-2镍基单晶高温合金的单轴、多轴低周疲劳试验过程进行数值模拟。结果表明:微观单胞有限元模型反映了试验合金的微观结构特性,其预测精度明显优于宏观有限元模型的;上述3种合金几乎所有的试验数据分别落在1.3,2.0和2.0倍偏差分布带内。     

Determination of fragments of multiaxial service loading strongly influencing the fatigue of machine components

The paper presents a method for determination of multiaxial load segments from original service histories, where the loaded machine part is meaningfully subjected to fatigue damage. These load segments are directly separated from a service-loading history, which can be of a random character. Typical procedures used for fatigue life assessment under multiaxial random loading are implemented to perform this task. While reduction from the multiaxial stress state to the equivalent uniaxial one, application of the linear multiaxial fatigue failure criteria was proposed. The equivalent stress history is subjected to the rainflow cycle-counting method, which allows to determine the amplitudes and mean values of counted cycles, their occurrence moment and time of duration. Influence of the stress mean value was taken into consideration with the Morrow's model. On the assumption of the linear Palmgren–Miner hypothesis of damage accumulation and the stress–life fatigue characteristics of the material, the damage-time function was determined. The load segments, where the influence on the material fatigue was significant, were determined on the basis of the fixed damage-intensity level and the proposed damage-intensity function. The presented method was studied on a hook loaded with two independent forces. FEM program which has the possibility to perform fatigue analysis was used during the computation for determining the expected place of crack initiation. The service-loading course was compressed to shorter one, so that only a small decrease of the fatigue damage in comparison with full length of the original service loading was observed. The proposed method seems to be right for preparing multiaxial loading histories in order to cut down the fatigue tests, especially in the case when the correlation between particular loading channels is very important.     

基于损伤力学-临界面法预估多轴疲劳寿命

基于损伤力学理论建立的非线性疲劳寿命预估模型在多轴疲劳寿命预估中获得了广泛的应用,但该模型并未考虑损伤面发生的位置及其物理意义,将其与临界面法相结合提出一种新的多轴非线性疲劳寿命预估模型,新模型能够弥补现有的非线性疲劳寿命预估模型未考虑临界面物理意义的不足。新模型从损伤的角度来预估多轴疲劳寿命,不仅考虑了临界面上裂纹形成及扩展的物理意义、相位差对附加强化现象的影响,而且对非对称加载下的平均应变进行修正。新模型仅仅利用单轴疲劳试验数据以及单轴疲劳材料常数就可以预估出试样的多轴疲劳寿命,从而避免了代价高昂的多轴疲劳试验。采用45钢、316不锈钢、钛合金TC4三种材料的多轴疲劳试验数据对提出的模型进行评估和验证,对几种材料比例/非比例以及对称/非对称加载下的多轴疲劳寿命进行预估,预估结果与试验结果的误差都在5%以内,结果表明提出的多轴非线性疲劳寿命预估模型具有较高的预估精度。     

基于塑性应变能的涡轮盘多轴疲劳寿命预测方法

在分析疲劳裂纹产生机理的基础上,将塑性应变能和临界平面结合起来,同时引入剪应变能比例因子,提出一种新的多轴损伤参量,通过试棒单轴低循环疲劳试验应力应变曲线得到总的塑性应变能,进而得到一种新的多轴疲劳寿命预测模型。通过对比分析,得到了最佳剪应变能比例因子。使用该模型、Chen-Xu-Huang(CXH)模型、Liu-Wang(LW)模型对某型发动机涡轮盘销钉孔低循环疲劳寿命进行预测,并与真盘试验结果进行对比。结果表明,该多轴疲劳寿命预测模型预测误差为20.5%,优于CXH和LW模型。     

装载机驱动桥疲劳试验扭矩加载谱编制方法研究

为了使装载机驱动桥疲劳试验更加真实地反映装载机实际作业情况,研究了装载机驱动桥疲劳试验扭矩加载谱的编制方法。在扭矩加载谱的编制过程中,根据装载机驱动桥实际扭矩特性,提出了驱动桥疲劳试验时前传动轴正反转加载的方法,确定了前传动轴载荷谱的分级数、载荷循环阈值和疲劳试验时的转速。结果表明：依据前传动轴正反转加载的方法处理的等效效果与装载机实际作业情况相一致,很大程度地降低疲劳试验难度;疲劳试验时前传动轴转速的选择方法可使疲劳试验更加真实地模拟装载机实际作业情况;加载一个强化疲劳试验加载谱块需11.4 h,相当于装载机实际作业609.2 h,明显加快了驱动桥疲劳试验的进程。