随机载荷下疲劳寿命估算的简便方法

针对工程实际中复杂随机载荷下疲劳寿命较难估算的情况，将载荷谱近似处理及利用剩余疲劳强度的概念。分别对窄带随机载荷以及缺乏工作载荷谱下的随机载荷的疲劳寿命进行了估算，方法简便，具有较强的工程实用性。     

随机载荷下疲劳裂纹起始寿命的实时监测

本文介绍了以单板机为手段应用局部应变法进行疲劳损伤实时监测的过程。指出采用应力——应变分析与简化的雨流计数法(四蜂谷法)的快速处理方法,可以满足大多数疲劳问题的频率要求(单通道可达200Hz,4通道可达50Hz)。     

随机载荷模式下钢丝绳疲劳寿命的预估

从固定载荷模式下钢丝绳疲劳寿命的预估模型出发,根据迈因纳线性疲劳建立了随机载荷模式下钢丝绳疲劳寿命的预估公式。应用它预知钢丝绳的疲劳寿命,有助于保证安全生产,又能节约钢丝绳使用成本。但该预估公式的综合安全系数最优取值,还需在实践中做进一步研究。     

用等效载荷方法估算变幅载荷下的疲劳寿命

以两种不同的等效方法ＲＭＳ和ＲＭＰ计算等效载荷，并用这两种等效载荷研究渐增块载条件下的疲劳寿命，经数值计算表明ＲＭＳ和ＲＭＰ方法的结果是比较接近的，而且也较好地符合了实验结果。作者建议两者都可以用于缺陷评定中变幅载何下的疲劳寿命计算。     

二维随机载荷作用下疲劳寿命的研究

基于Goodman公式和Miner损伤定则,提出了一种考虑载荷均值影响的二维随机载荷作用下疲劳寿命的计算方法。在此基础上以幅值和均值均符合正态分布的随机载荷为研究对象,推导出了其当量载荷的概率密度函数和等效载荷的数学模型,采用Gauss-Legendre求积公式进行积分运算,对该载荷作用下的疲劳寿命进行了研究。分析了等效载荷随载荷均值和幅值不同分布参数变化而变化的规律,并与不考虑载荷均值的一维随机载荷作用下的等效载荷进行了对比。研究结果表明：载荷均值μm的正负变化对等效载荷产生明显的影响,负的μm导致等效载荷降低,甚至低于一维随机载荷作用下的等效载荷;而正的μm会导致等效载荷迅速增大以至到远大于一维随机载荷作用的等效载荷;当μm=0时,二维随机载荷则略高于一维随机载荷作用的等效载荷。     

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。     

基于PSD的随机载荷下振动疲劳寿命估算

针对工程实践中复杂随机载荷下振动疲劳寿命难估算的情况,基于功率谱密度函数(PSD)对随机栽荷下的振动构件进行疲劳寿命估算,分别讨论了窄带随机栽荷和宽带随机栽荷两种情况,方法简单,具有很强的工程实用性.     

疲劳缺口系数Kf和随机疲劳寿命估算

基于局部应力-应变实验分析和随机疲劳试验，就国内外文献中关于确定疲劳缺口系数Kf的方法和近似计算公式进行了研究，并结合修正Neuber法则将其应用于随机载荷下缺口件的局部应力、应变计算与疲劳裂纹形成寿命估算。通过与实测结果的比较，分析讨论了各种近仿计算公式的精度及其疲劳寿命估算结果的影响。最后为工程疲劳寿命估算方法推荐了几种较符合实际的Kf近似计算公式。     

宽带随机载荷下的疲劳寿命统一模型

针对宽带随机载荷下的疲劳寿命预测精度不足的问题,提出以变参数Weibull模型描述载荷峰值概率密度,而非以修正概率密度的误差函数的方式对疲劳寿命进行预测。首先,给出了一般宽带载荷峰值理论概率密度,用变参数Weibull模型实现了概率密度由窄带Rayleigh分布向宽带Gauss分布转变,并讨论了模型参数的范围;然后,根据变参数Weibull模型得到了疲劳寿命预测模型的解析表达;最后,通过实例计算了双峰宽带和连续宽带随机载荷下的疲劳寿命,并与其他疲劳寿命预测模型进行了精度比较。分析表明,所提出的疲劳寿命预测模型精度理论误差为9.68%,试验误差为12.5%,完全满足工程需要,本方法与Dirlik方法相比应用更方便。     

估算谱载下疲劳裂纹起始寿命的等寿命法

提出了一种新的估算谱载下疲劳裂纹起始寿命的方法，即等寿命法。该算法主要依赖于等幅试验结果，简便实用；同时能够反映变幅疲劳的基本特性。试验评估结果表明，该方法的预测能力明显优于当量损伤等其他十三种方法。     

随机载荷下矿用自卸车后桥壳疲劳寿命分析

矿用自卸车行驶路况非常恶劣,为研究国产首台SF33900型矿用自卸车后桥壳的疲劳寿命,建立后桥壳有限元分析模型,将载荷峰值作用下的仿真应力结果与试验结果进行对比分析,得出两者数值比较接近,从而验证了该模型具有一定的准确性。将动力学分析结果作为后桥壳疲劳寿命分析的随机载荷谱,得出水平路面普通工况下的疲劳寿命分布云图,其最小寿命满足工程要求。为研究载荷变化对后桥壳疲劳寿命的灵敏性,对比分析三处载荷变化对后桥壳疲劳寿命的影响程度,得出后横拉杆和悬架下支点位置受力变化对后桥壳疲劳寿命影响较大。另外,还考虑载荷频率变化对后桥壳疲劳寿命的影响,结果表明,载荷频率变化比幅值变化更能影响疲劳寿命。     

超高压压缩机二段入口螺栓受力分析及疲劳寿命预测

超高压压缩机螺栓在交变载荷作用下,会产生疲劳失效破坏。介绍了超高压压缩机二段入口螺栓的受力分析,利用裂纹扩展速率与螺栓的临界裂纹尺寸对含缺陷的螺栓疲劳寿命进行了计算,为设备的诊断维护提供了合理的依据。     

基于线性疲劳累计损伤橡胶悬置疲劳寿命预测研究

橡胶元件疲劳寿命的有效预测是其设计开发过程中的重要环节。引入橡胶元件线性疲劳累计损伤原理,提出张量形式橡胶疲劳寿命公式,且根据橡胶材料的实际承载工况提出其失效标准。依据橡胶材料的承载变形可简化为单轴拉伸及简单切应变,设计用于承载拉伸载荷的哑铃型橡胶试柱和承载剪切载荷的环形橡胶试柱,并实测疲劳寿命数据,以最小二乘法原理拟合拉伸与剪切的疲劳寿命函数公式。以车用变速箱悬置与发动机后悬置为疲劳寿命预测研究对象,通过分析其承载位移载荷时的应变张量,利用张量形式的疲劳寿命预测公式预测两种悬置在两种典型工况下的疲劳寿命。结果发现,橡胶材料的拉伸疲劳寿命曲线与简单剪切疲劳寿命曲线的变化趋势一致、形状类似、拟合函数幂指数十分接近;张量形式的疲劳寿命预测公式可有效地预测橡胶悬置的疲劳寿命。     

Fatigue Life Prediction under Service Load Considering Strengthening Effect of Loads below Fatigue Limit

Lightweight design requires an accurate life prediction for structures and components under service loading histories. However, predicted life with the existing methods seems too conservative in some cases, leading to a heavy structure. Because these methods are established on the basis that load cycles would only cause fatigue damage, ignore the strengthening effect of loads. Based on Palmgren-Miner Rule （PMR）, this paper introduces a new method for fatigue life prediction under service loadings by taking into account the strengthening effect of loads below the fatigue limit. In this method, the service loadings are classified into three categories： damaging load, strengthening load and none-effect load, and the process for fatigue life prediction is divided into two stages： stage I and stage II, according to the best strengthening number of cycles. During stage I, fatigue damage is calculated considering both the strengthening and damaging effect of load cycles. While during stage II, only the damaging effect is considered. To validate this method, fatigue lives of automobile half shaft and torsion beam rear axle are calculated based on the new method and traditional methods, such as PMR and Modified Miner Rule （MMR）, and fatigue tests of the two components are conducted under service loading histories. The tests results show that the percentage errors of the predicted life with the new method to mean life of tests for the two components are –3.78% and –1.76% separately, much lesser than that with PMR and MMR. By considering the strengthening effect of loads below the fatigue limit, the new method can significantly improve the accuracy for fatigue life prediction. Thus lightweight design can be fully realized in the design stage.     

薄壁结构在热-声-流动载荷作用下疲劳寿命预估

针对航空发动机薄壁结构在热-声-流动载荷作用下疲劳问题。采用耦合的有限元/边界元法,针对高速气流中四边固支的GH188材料薄壁柱壳结构进行动力学响应计算。研究了不同温度场和不同声压级组合下,薄壁结构危险点位置处X方向应力响应规律。基于改进的雨流计数法绘制出结构应力响应的雨流循环矩阵和雨流损伤矩阵,分别对应力循环和结构损伤程度进行分析。结合Morrow平均应力模型和Miner线性疲劳累积损伤理论对薄壁结构的疲劳寿命进行预估。结果表明:相同声压级下,临界屈曲温度前,结构应力响应随温度升高而增大,屈曲后响应随温度的升高而减小;响应曲线先向左发生偏移,然后向右偏移,疲劳寿命先减小后增大;相同温度下,结构应力响应随声压级的升高而增大,响应曲线不发生偏移,结构疲劳寿命线性下降。     

电镀铜薄膜疲劳性能与寿命预测

利用MMT-11N微机械疲劳试验系统对11.5 μm厚无基体支持的电镀铜薄膜试件的拉伸疲劳特性进行了试验研究。试件采用准LIGA工艺制作。试验在室温条件下进行,采用载荷控制、脉动循环加载,载荷频率为20 Hz,得到了铜薄膜光滑试件和缺口试件的S-N曲线,根据传统宏观疲劳理论确定了铜薄膜循环应力—应变曲线和应变—寿命曲线。利用修正局部应力—应变法对缺口试件的疲劳寿命进行了预测,预测寿命与试验寿命误差在3.2倍因子之内,预测结果较好地符合试验结果。试验表明,取半寿命周期的迟滞回线作为稳定迟滞回线在微机械疲劳中仍是可信的,局部应力—应变法亦可应用于微机电系统疲劳寿命预测,宏观疲劳理论在一定程度上也适合于描述微机械疲劳。     

复合材料机械联接接头的寿命估算

以机械联接接头应力分布的解析解为基础，以单向板纵向拉拉ＳＮ曲线为依据，按照孔边一定范围内逐层逐单元损伤直至破坏的物理本质，从宏观唯象观点出发，提出了一种寿命估算方法。同时，文中还给出了孔的永久变形与循环次数之间的拟合关系式。     

基于临界曲面的改进Paris定律球轴承疲劳寿命预测方法

通过场发射扫描电镜对球轴承疲劳故障点微观结构进行观察,发现裂纹总是沿着某个曲面进行萌生和扩展,扩展到一定程度后发生断裂形成近似椭圆形状的剥落点,随着球轴承的运转,不仅断裂后的裂纹发生二次剥落,而且剥落点将在新的曲面上发生多次剥落,形成断层形貌。基于此种现象,提出球轴承临界曲面的概念,假定裂纹的萌生和扩展均在此临界曲面上,将三维裂纹扩展问题转化为二维裂纹扩展问题进行分析。在临界曲面概念的基础上,提出改进的Paris疲劳寿命预测模型,将疲劳寿命分为裂纹扩展和剥落点增大两部分,分段采用改进的Paris定律预测球轴承的疲劳寿命。通过多套SKF 6205深沟球轴承疲劳寿命试验数据进行验证,与传统的SKF L-P公式预测结果相比,提出的方法能够较好地预测球轴承的疲劳寿命。