基于FE-SAFE对某型起重机底架疲劳寿命预估

以某型现役汽车起重机底架钢结构为研究对象,建立起重机虚拟样机模型及有限元静力学模型,分析并获得五个载荷步下的名义应力谱;基于FE-SAFE(durability analysis software for finite element models)耐久性分析软件,用多轴临界平面疲劳损伤模型,采用Brown-Miller准则建立寿命损伤模型,对底架结构的疲劳寿命进行预算。预算结果表明该型起重机底架结构工作约3 062个循环时出现肉眼可见裂纹,而其使用寿命约为70 555个工作循环。其疲劳寿命预算分析为某型现役起重机的实际设计和使用检修提供有价值的参考。     

门座起重机结构强度测试与疲劳寿命预测

文中对D4085门座起重机进行现场静态应变测试，并叠加有限元分析得到的自重应力进行静态强度校核。结果表明，该门座起重机在测试工况下的结构强度符合安全要求。跟踪门座起重机的生产过程，基于动态应力测试结果，获取关键位置处的应力谱，并对其进行疲劳预测。结果表明，以每天工作量10个完整作业循环估算，起重臂底节臂下弦杆的疲劳寿命可达6 310个额定负荷作业工作日。     

起重机主梁的应变疲劳寿命估算

针对某起重机主梁裂纹附近区域的应变测试信号的分析,发现了该主梁出现了应变疲劳现象,为研究起重机主梁裂纹的产生及扩展机理,对有裂纹的起重机进行使用寿命预估及安全评价,通过对该起重机在正常工况下的应变信号进行测试,并进行五点三次平滑处理,分析研究其载荷谱,并参考相关文献中Q345材料的应变疲劳参数,计算出应力值,绘制出应力-应变特性曲线,然后根据Manson-Coffin公式及Miner线性损伤累计法则,计算出起重机主梁的疲劳寿命,得出该起重机还能够安全运行的时间值。研究结果表明,该带裂纹起重机的使用寿命预估方法可以进行推广应用,为起重机的疲劳寿命预估提供了合理的研究方法。     

基于ADAMS刚柔耦合模型的塔式起重机起重臂疲劳寿命分析

为了确保塔式起重机的施工安全,延长塔式起重机的使用寿命,对塔式起重机起重臂的疲劳寿命进行了评估研究。首先,以某型号塔式起重机为研究对象,利用SolidWorks进行了三维建模,分析了该塔式起重机的典型工况,采用基于Workbench的塔式起重机静力学分析结果,确定了塔式起重机的应力最大位置;然后,用ANSYS APDL联合ADAMS进行了刚柔耦合动力学仿真,得到了该工况下工作循环的载荷谱;最后,利用NCODE Design Life的"疲劳五框图"对该工况下的塔式起重机进行了疲劳分析。研究结果表明:最易发生疲劳失效的位置在第6节起重臂上弦杆与外连杆的连接位置附近;可得到该工况下塔式起重机起重臂每次循环损伤的最大值为3.598×10~(-6),最小循环次数为2.799×10~5,满足塔式起重机设计要求,为在役塔式起重机的疲劳寿命评估和塔式起重机的设计提供参考价值,可作为对塔式起重机进行维修和更换零件的依据。     

应变能—内应力干涉模型的多轴高周疲劳研究

塑性应变能使材料微观组织结构发生不可逆变化而引起等效宏观应力,该应力随循环加载而增大。假定该应力的一种分布函数,将疲劳极限以上加载等效为塑性应变,建立了塑性应变与加载应力成线性关系的表达式,由此得到循环加载的塑性应变能。导出其最大应力与外加应力叠加达到材料本征断裂应力时的裂纹成核寿命,并由微裂纹引起上述两部分应力变化,得到继续加载直至宏观裂纹出现的疲劳寿命。所建立的多轴疲劳寿命公式由三个材料参数表达,并通过单轴疲劳试验数据确定。初步研究表明,该模型对所引用的多轴疲劳试验数据有很好的预测能力。     

起重机钢结构的疲劳计算

起重机钢结构的疲劳寿命计算,可采用应力比法或应力幅法。文章对两种方法的计算原则进行了剖析,对美国NCHRP机构利用不同材质与不同结构形式钢梁所作的疲劳试验作了详尽介绍,认为焊接结构的疲劳寿命主要取决于应力幅和连接形式,与最大应力、应力比和钢种的关系不大,建议我国起重机设计规范改用应力幅法。     

多轴随机应变加载下铝合金缺口件有限元分析及寿命预测

在应变控制下对7075-T7451铝合金实心棒带U型环状缺口试件进行拉—扭比例、非比例恒幅和随机加载疲劳试验。查明名义剪切应力最大值与轴向应力最大值的下降规律,并用两者最先开始下降时的循环数比值来评估裂纹萌生寿命。利用弹塑性有限元法分析不同加载条件下试件缺口根部的循环应力、应变响应。基于有限元计算得到的应力、应变结果,采用拉伸型多轴疲劳损伤模型预测随机加载条件下缺口试件的疲劳裂纹萌生寿命,计算结果与试验得到的寿命比较吻合。     

一种考虑材料损伤的低循环疲劳寿命预测方法

为了更加精确地预测材料的低循环疲劳寿命,对三参数幂函数公式和拉伸滞后能寿命模型进行研究,提出了基于三参数幂函数的损伤能寿命预测模型。分别利用该模型和Manson-Coffin公式对高温合金、钛合金及结构钢等多种材料的低周疲劳试验数据进行拟合并将其分析结果进行对比;根据GH4133合金250℃时的低循环疲劳试验数据,建立了该条件下材料的循环应力-应变曲线和损伤能寿命预测模型,同时对曲线及模型进行验证。结果表明:建立的循环应力-应变曲线能够正确反映该条件下材料的应力与应变之间的关系;所提出的损伤能寿命预测模型对12种材料的低周疲劳试验数据的拟合效果较好,寿命预测精度明显高于Manson-Coffin公式。     

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。     

金属薄膜弹簧疲劳寿命预测

轻触式按键(1ight touch switch)在消费类电子产品和工业自动化中得到广泛的应用，其关键零件是金属薄膜弹簧(metal diaphragm)，疲劳破坏是其主要失效形式，预测其疲劳寿命是产品设计的重要内容之一。文中首先阐述金属薄膜弹簧工作应力仿真的模型和结果；其次给出进行疲劳试验数据处理的数理统计方法，利用概率纸和回归分析确定材料的统计分布规律，通过平移材料的S—N曲线得到相应的设计用S—N曲线；最后，通过在疲劳极限图上映射工作点应力状态，预测金属薄膜弹簧上各处的疲劳寿命，并和试验结果进行比较，二者较为符合。     

一种随机多轴疲劳的寿命预测方法

叙述一种多轴随机载荷的疲劳寿命预测方法，该方法首先由多轴随机载荷的权值平均最大剪应变平面确定临界平面，然后以临界平面上剪应变和正应变历史为研究对象，进行多轴载荷压缩处理和多轴循环计数，得到剪应变和正应变的循环计数结果，最后给出多轴疲劳寿命估算模型，并用多轴程序载荷实验验证。     

LIFE PREDICTION APPROACH FOR RANDOM MULTIAXIAL FATIGUE

According to the concept of critical plane, a life prediction approach for random multiaxial fatigue is presented. First, the critical plane under the multiaxial random loading is determined based on the concept of the weight-averaged maximum shear strain direction. Then the shear and normal strain histories on the determined critical plane are calculated and taken as the subject of multiaxial load simplifying and multiaxial cycle counting. Furthermore, a multiaxial fatigue life prediction model including the parameters resulted from multiaxial cycle counting is presented and applied to calculating the fatigue damage generated from each cycle. Finally, the cumulative damage is added up using Miner's linear rule, and the fatigue prediction life is given. The experiments under multiaxial loading blocks are used for the verification of the proposed method. The prediction has a good correction with the experimental results.     

经长期服役的钢结构疲劳寿命估算

利用经长期服役后的钢结构材料的拉伸性能结果,估算常幅疲劳裂纹起始寿命,并与实验结果进行比较.还对从长期服役的钢结构上拆卸下的钢制弦杆上取下的带原状铆钉孔试件的变幅疲劳寿命进行估算.对具有不连续应变硬化特征的钢材切口构件,在变幅载荷下,直接应用Miner定则和裂纹起始寿命曲线计算累积损伤.当试件的疲劳裂纹起始寿命占疲劳总寿命的主要部分时,可以用文中的方法进行变幅疲劳寿命估算.通过实验验证,表明文中的估算方法具有很高的精确性.     

LIFE PREDICTION APPROACH FOR RANDOM MULTIAXlAL FATIGUE

According to the concept of critical plane, a life prediction approach for random multiaxial fatigue is presented. First, the critical plane under the multiaxial random loading is determined based on the concept of the weight-averaged maximum shear strain direction. Then the shear and normal strain histories on the determined critical plane are calculated and taken as the subject of multiaxial load simplifying and multiaxial cycle counting. Furthermore, a multiaxial fatigue life prediction model including the parameters resulted from multiaxial cycle counting is presented and applied to calculating the fatigue damage generated from each cycle. Finally, the cumulative damage is added up using Miner‘s linear rule, and the fatigue prediction life is given. The experiments under multiaxial loading blocks are used for the verification of the proposed method. The prediction has a good correction with the experimental results.     

蠕变持久寿命幂函数预测方法

通过对大量试验数据的分析研究发现．蠕变持久寿命试验数据经加权累加变换后，能够很好地呈现出幂函数变化规律。由此建立蠕变持久寿命幂函数预测模型，并采用导数最小二乘法确定模型中的待定参数。该方法不但拟合蠕变持久曲线本身，而且还同时拟合蠕变持久曲线上各点的导数，能够很好地描述蠕变持久曲线及其变化趋势，从而实现长期蠕变持久寿命的高精度预测。大量对比试验结果表明，与传统方法相比，蠕变持久寿命幂函数预测方法可以获得更高的预测精度。文中给出两个应用实例。     

钛合金结构疲劳全寿命计算方法研究

依照钛合金裂纹萌生和小裂纹扩展寿命较长的特点,结合目前的检测水平,将钛合金疲劳全寿命分为3个阶段,裂纹由0 mm～0.3 mm为裂纹萌生寿命,0.3 mm～2 mm为小裂纹扩展寿命,2 mm～aC为长裂纹扩展寿命。各阶段因为破坏机理的不同而采用不同的寿命预测方法,从而提高疲劳全寿命预测的准确性。超低间隙钛合金TC4ELI和TA15ELI等幅和谱载荷下疲劳全寿命试验和预测结果表明,裂纹萌生寿命在全寿命中所占比例最大,预测误差最大;长裂纹扩展寿命所占比例最小,预测精度最高;小裂纹扩展寿命所占比例稍大于长裂纹,预测误差大于长裂纹。等幅载荷和谱载荷下全寿命预测误差均符合工程结构疲劳寿命预测的精度要求。     

含裂纹石油管道的工作寿命预测

以沿管道轴向扩展的疲劳裂纹扩展速率为基础，经过一定的修正，以此分析实际输油管加较常见的内表面半椭圆裂 扩展规律，从而预测出含此种裂纹的管道的工作寿命，解决了工程中的实际问题，为工程应用提供了可靠的理论依据。     

基于剪切形式的多轴疲劳寿命预测模型

在多轴损伤临界面的基础上,结合多轴疲劳损伤和裂纹萌生与扩展的特点,提出了一种剪切形式的多轴疲劳损伤参量,该参量不含有材料常数,进而建立了一种新的多轴疲劳寿命预测模型,经多轴疲劳试验验证表明,所建立的寿命预测模型可同时适用于多轴比例与非比例循环加载。     

TOOL LIFE PREDICTION USING RANDOM WALK BAYESIAN UPDATING

According to the Taylor tool life equation, tool life reduces with increasing cutting speed. The influence of additional factors can also be incorporated. However, tool wear is generally considered a stochastic process with uncertainty in the model constants. In this work, Bayesian inference is applied to predict tool life for milling/turning operations using the random walk/surface methods. For milling, Bayesian inference using a random walk approach is applied to the well-known Taylor tool life model. Tool wear tests are performed using an uncoated carbide tool and AISI 1018 steel work material. Test results are used to update the probability distribution of tool life. The updated beliefs are then applied to predict tool life using a probability distribution. For turning, both cutting speed and feed are considered. Bayesian updating is performed using the random surface technique. Turning tests are completed using a coated carbide tool and forged AISI 4137 chrome alloy steel. The test results are applied to update the probability distribution of tool life and the updated beliefs are used to predict tool life. While this work uses the Taylor model, by following the procedures described here, the technique can be applied to other tool life models as well.