随机载荷作用下的疲劳寿命估算

在实际工作中,大多数的零部件所受载荷的幅值和频率都是随时间而变化的,大部分的零部件在实际工作中都是疲劳运作。本文主要介绍一种随机载荷处理方法——雨流计数法,通过雨流计数法对随机载荷进行处理得到载荷谱。然后,采用名义应力法对其进行疲劳寿命计算。     

雨流计数法及其统计处理程序研究

本文通过用雨流计数法对随机载荷时间历程统计处理程序的研究,系统地讨论了随机疲劳载荷的统计处理及其物理模型,其中包括对随机载荷时间历程的压缩处理,峰谷值的检测,雨流计数法的图解模型以及二维随机变量的统计处理等。文中引入了收敛发散波的概念,对雨流计数法的第二阶段计数给出了等效损伤收敛发散波的计数模型,继续用雨流计数法进行计数,计数结果与材料的应力-应变迟滞回线完全封闭相一致。 统计处理结果可作为常均值、变均值、双波法以及二维随机变量疲劳载荷谱的编制依据。同时也适用于疲劳寿命估算。     

双参数疲劳载荷谱的编制

本文比较扼要地阐述了疲劳载荷谱的编制过程,探讨了雨流法为代表的双参数计数法及其各种类型疲劳载荷谱的编制方法与简化原则。文中还就载荷谱的编制过程中,遇到的统计分析作了说明,给出了母体最大值的推断公式和在任一应力水平下对应变程循环次数的计算公式。对实测到的40犁体载荷波形用雨流计数法进行计数和统计推断,编制出了五种类型疲劳载荷谱。文中还给出了室内加载试验谱的折算公式。     

基于COSMOS的生物质颗粒机环模寿命分析

为将环模寿命定量化,分析了环模的失效形式、失效机理和影响环模寿命的结构因素;根据材料的疲劳寿命实验数据,利用Weibull公式建立了环模疲劳失效的S-N曲线,对环模的疲劳寿命进行研究;最终借助COSMOS有限元软件将环模的疲劳寿命量化,采用雨流计数法对不同结构参数下的环模进行数值计算,得出不同结构参数下环模的疲劳寿命数据,并确定模孔孔径为10mm、模孔交替排列且模孔数为720的环模为理想环模.     

基于道路载荷谱的悬置螺栓疲劳寿命研究

在整车道路试验中,发动机悬置失效部位多集中于悬置螺栓,螺栓的断口特征表明,在承受复杂载荷作用下的悬置螺栓的主要失效形式为弯曲疲劳失效。为评价随机载荷作用下悬置螺栓的疲劳寿命,提出一种基于不同矢量之间物理关系的载荷谱转换方法,将实际采集的加速度信号转换为用于疲劳分析的应力载荷谱。结合悬置螺栓的S-N曲线,通过雨流循环计数和等损伤转化法将随机载荷谱编制成八级程序载荷谱,对螺栓进行疲劳寿命分析,依据线性Miner疲劳损伤理论预测了其疲劳寿命。     

CAP1400核主泵叶轮动应力计算及疲劳寿命预测

为实现核主泵叶轮疲劳寿命预测,考虑叶轮高温高压的恶劣运行工况建立流-热-固耦合计算模型,应用ANSYS CFX软件对核主泵叶轮内部流动的压力载荷和温度载荷进行非定常数值计算,在ANSYS Workbench中实现载荷向结构的传递,并对叶轮动力响应疲劳载荷开展研究.利用雨流计数法对叶片危险部位的载荷数据进行统计分析,进一步结合Palmgren-Miner理论对核主泵叶轮的最小疲劳寿命周期进行预测.研究结果表明：叶轮在旋转过程中承受周期性交变应力的作用;叶轮叶片进、出口边与前、后盖板交接处容易发生内部应力集中,最大应力出现在叶片出口边与前盖板交接处,为142.57 MPa;叶片各危险部位承受应力波峰和波谷的时间基本一致;叶轮产生的疲劳为应力疲劳,疲劳破坏首先发生在叶片进口边与后盖板交接处;计算得到叶轮的疲劳寿命为277.94 a.研究结果可为叶轮的动态强度优化和疲劳设计提供一定参考.     

峰值计数法疲劳载荷谱的编制与统计处理程序

本文根据峰值计数法的计数原理,提出了峰值计数法及其疲劳载荷谱的编制程序。通过Z80M-5计算机,经过D 7A模拟接口对实测到的磁带记录模拟信号自动进行采样和压缩处理,用峰值计数法进行计数,按疲劳统计原则进行统计处理,给出的疲劳载荷谱直接用于室内模拟加载试验或疲劳寿命预测分析。文中还就用峰值法编制疲劳载荷谱的过程中遇到的问题如子样的统计处理,波动中心的计算等进行了讨论,并给出了母体最大值的推断公式。     

基于城市轿车循环行驶工况的汽车轮毂疲劳寿命预测

以16×7J铝合金轮毂为研究对象,依据国内城市轿车循环行驶工况,分析轮毂行驶载荷谱,此种编谱方法可以真实反映轮毂所受载荷大小和作用位置。通过有限元分析得到轮毂受力危险点的应力-时间曲线,提取每一循环修正后的应力幅值编制应力谱。依据疲劳分析理论结合轮毂的S-N曲线,把应力幅值作为疲劳分析的基本参数,将改进的Miner公式用于轮毂的疲劳寿命预测,最终以"循环公里数"度量轮毂疲劳寿命。     

半挂车牵引座鞍体的疲劳寿命分析

为了分析半挂车牵引座鞍体的疲劳寿命,通过CATIA软件建立了半挂车牵引座鞍体的三维实体模型.在有限元分析软件ANSYS It,确立了边界条件与载荷谱.经过有限元分析计算,得到鞍体的寿命分布图.通过增大载荷谱,得到了鞍体的疲劳危险区域,为鞍体的设计提供理论依据.     

液压油缸活塞杆耐久分析及优化

为研究旋挖钻机加压油缸的疲劳性能,通过市场调研获取了旋挖钻机加压油缸的一种非常典型的作业工况,测试其压力载荷谱并转换为活塞杆的力载荷谱。根据载荷谱特征,对载荷谱每个作业周期进行拆解分析,得到每个周期包含主卷扬上提、打桩加压、憋压、泄压回转下放4个过程。基于载荷分解得到的单周期动态载荷谱,利用有限元仿真和疲劳分析,对加压油缸活塞杆进行疲劳寿命分析预测,反映实际工况下活塞杆的预测疲劳寿命及风险区域,为后期结构优化提供参考。     

基于实测载荷的蔬菜田间动力机械车架结构优化

蔬菜田间动力机械作为一种新型机器,可以实现不同的收获前机械化作业,车架在田间作业时受到各种载荷作用,会伴随有动载荷影响,有必要对车架进行强度研究与优化设计。研究了其车架基于田间实测应变数据的多目标拓扑优化设计方法。利用HyperWorks软件对该车架进行有限元分析,得到了静应力分析条件下的应力分布,并确定车架的疲劳损伤热点;在数据分析基础上,粘贴应变片,组建动态应变测试系统,采集蔬菜田间动力机械典型作业工况下的载荷时间历程;对实测的应变时间历程数据进行预处理,分析车架在相应工况下的受力情况;利用nCode软件编制载荷谱,进行车架的疲劳分析与寿命预测,以此为基础提出了拓扑优化,构建了综合多种工况、以车架应变能和动态低阶固有频率为响应的多目标拓扑优化数学模型,进行轻量化设计。试验结果表明,车架的交叉焊缝处的疲劳寿命为7.5×104h,为15个测点中最短疲劳寿命,满足使用寿命要求,车架整体结构强度设计过剩。优化后的车架质量减小443.55kg,减轻了53.47%。     

锅炉循环泵的泵壳改型与应力安全分析

为降低生产成本,通过采用铸造生产代替锻造生产并且减小半球形压水室内径的措施对一种现有的锅炉循环泵的泵壳进行改型．采用Ansys Mechanical软件,参照ASME标准第Ⅷ-2卷,疲劳计算应用一般迈内尔(Miner)准则和雨流计算法,计算4种泵壳的静态强度使用系数和低循环疲劳使用系数．结果表明:4种泵壳的静态强度使用系数和低循环疲劳使用系数均小于1;内径减小至0875倍时,最大静态强度使用系数减小了7％,最大低循环疲劳系数减小了84％;壁厚增大至1375倍时,最大静态强度使用系数减小了163％,最大低循环疲劳系数增大了2214％．说明选用铸造材料代替锻造材料是应力安全的;小内径可提高静态强度性能,并显著提高低循环疲劳性能;大壁厚可显著提高静态强度性能和降低低循环疲劳性能．     

T型单边焊接接头弯曲疲劳裂纹位置研究

对Q345钢的T型单边焊接接头在弯曲循环载荷下的疲劳裂纹产生位置进行了研究,并计算了结构件的名义循环应力最大位置(不考虑焊接引起的截面变化),实际循环应力最大位置(考虑焊接引起的截面变化)。结果表明:疲劳试验中的名义应力最大位置不能反映焊接结构件的真实应力分布情况,而通过考虑焊接引起的截面变化的理论计算和有限元仿真得出的应力分布较为准确,由此得到的最大应力处为焊趾处,与裂纹位置一致。     

基于载荷特性的玉米收获机车架有限元分析与试验

玉米收获机作为一种大型复杂的农业机械,其各工作部件与车架的连接和支承方式复杂。针对国内某款玉米收获机,基于各总成部件与车架的连接方式和载荷布置特点,提出了一套适用于其车架的有限元载荷施加方法。然后在车架表面选择8个测点粘贴应变片,通过整机装配实现车架的加载,在静态空载和静态满载两种工况下测试车架各测点的应力,对比分析有限元计算结果和试验结果：各测点有限元分析值和试验值应力变化趋势基本一致,除测点1试验值与有限元分析值相对误差较大,其他测点相对误差都在20%以内,从而验证了玉米收获机车架有限元模型加载方法的可行性。     

基于自适应带宽核密度估计的载荷外推方法研究

为了快速准确地得到玉米收获机车架的载荷谱,针对载荷谱编制过程中传统的载荷外推方法的局限性,提出一种基于四叉树算法的自适应带宽核密度估计(Kernel density estimation)算法,用来进行载荷外推.将经过预处理的实测原始载荷数据进行雨流计数统计,得到载荷循环均幅值矩阵,将小于载荷循环最大幅值10％的载荷滤...     

水泵疲劳寿命预测中应力计数算法研

提出了水泵零件疲劳寿命预测的主要思路,讨论了疲劳寿命预测的关键算法——应力计数算法。针对传统应力计数算法存在应力循环提取失效的缺陷,引入临界净应力的概念,提出了对传统计数算法的改进措施。并将改进后的应力计数算法应用于一台轴流泵叶轮的疲劳寿命预测;同时结合该算例,详细说明了二维概率Miner准则疲劳寿命预测的关键步骤。     

双质量飞轮内部传动结构强度及疲劳寿命分析

随着初级飞轮与次级飞轮相对转角的变化,分段变刚度双质量飞轮具有不同的刚度特性和非线性变化转矩,双质量飞轮内部传动结构作为传递动力和运动部分,结构可靠性和使用寿命必须保证.将建立的三维CAD模型导入HyperMesh软件中进行有限元分析前处理,建立了有限元分析模型,经过仿真求解计算,分析了结构变形、应力分布特点,对比分析...     

基于模态叠加法的弧形闸门流激振

水利水电工程泄水弧形闸门的流激振动现象是十分普遍的,这些振动有时会影响工程安全运行,甚至会造成结构失事,一直受到设计和管理人员的重视。基于模态叠加法,提出了水工结构流激振动反分析方法,可用于由少量测点的动位移实测值反馈分析出整个结构在水流动力荷载作用下的动位移场和动应力场。通过反分析计算得到的弧形闸门应力值与使用Ansys有限元计算软件的计算值进行对比,可以看出,反分析计算结果与实际计算结果非常接近,从而验证了动位移、动应力反分析程序的正确性,并通过与水弹性模型试验的比较进一步验证了反分析程序的正确性。     

甘蔗收割机刀盘轴的疲劳分析和优化设计

通过实测甘蔗收割机作业工况的载荷信号,利用nCode Glphyworks进行信号处理,得到了能反映实际工作载荷的载荷谱。通过UG建立刀盘轴的三维实体模型,将三维实体模型导入ANSYS Workbench中进行网格划分和静力分析,得到刀盘在静力作用下的应力结果。根据载荷谱、有限元分析结果和材料的S-N曲线,利用nCode Designlife对刀盘轴进行了疲劳寿命预测,再根据静力分析和疲劳的结果,利用ANSYS Workbench对刀盘轴进行优化,最后验证优化后的刀盘轴是否满足实际使用的需求。