基于数值仿真的全表面轮毂弯曲疲劳试验及疲劳寿命分析

目的 预测钢制全表面轮毂易产生疲劳破坏的危险区域,并分析其弯曲疲劳寿命。方法 针对全表面轮毂的弯曲疲劳试验工况,建立有限元分析模型,综合考虑螺栓拧紧方式、螺栓预紧力以及材料非线性特征的影响,通过在加载轴末端建立局部坐标系,实现载荷的分解,并最终实现弯矩的动态加载。在此基础上,进行轮毂的受力分析,然后构造适用于轮毂的应力寿命曲线,并使用名义应力法进行疲劳寿命预测。结果 动态弯矩的加载方向变化会显著影响轮辐表面的应力分布特点,螺栓预紧力施加后,螺栓孔附近区域的应力显著增大,在计算中应考虑其影响。在获得各节点载荷历程后,以高应力幅和平均应力为标准,筛选出了轮毂的危险节点。结论 基于数值仿真的本型全表面轮毂弯曲疲劳试验,危险节点位置均位于轮辐通风孔的内圆角附近区域,可有针对性地对该区域进行相应的优化设计,以进一步提高轮毂的弯曲疲劳寿命。分析得到当前轮辋弯曲疲劳寿命约7.6万次,符合国家标准的要求。     

一种连接器振动故障分析

目的 分析得出轴向弹性触碰式连接器内导体失效的主要原因。方法 以某机载电子模块的连接器在功能振动试验后出现的故障为研究对象,对其进行目测检查、随机振动仿真分析和受力分析,定位故障原因,随后结合应力应变关系公式、高斯区间法和Miner累积损伤定律,推导内导体的疲劳寿命计算公式。结果计算得到内导体自身的振动响应应力仅为0.26 MPa,不足以产生疲劳破坏,但在振动激励下,连接器随模块的振动位移较大,超出了连接器的间隙容差范围,致使受压的内导体端面出现较大的往复动摩擦力,而摩擦力引起内导体根部的应力（250.13 MPa）超过了材料的疲劳极限,内导体有疲劳断裂的风险。进一步计算出内导体的振动疲劳寿命为0.67 h,小于功能振动试验时间,证实是振动位移引起的摩擦导致了内导体的疲劳断裂。结论 轴向弹性触碰式连接器必须要重视摩擦力的危害,提高模块的安装刚度,可以有效地提高连接器的可靠性。     

差速器壳体疲劳寿命仿真分析方法

目的 研究差速器壳体疲劳寿命分析方法,调查差速器壳体断裂的根本原因.方法 以具体试验工况为输入,以减速器壳体支撑刚度为边界条件,以齿轮啮合力为输入载荷,建立弹性支撑条件下的差速器壳体有限元模型,并进行强度计算.以强度分析结果为输入,在疲劳寿命计算软件FEMFAT中进行疲劳寿命校核.考虑到差速器壳体分析工况较多、载荷复杂,采用Neuber公式,结合材料的循环应力-应变曲线方程和应力-应变迟滞回线方程,进行线弹性应力修正的方法进行校核.同时,为了更好地模拟差速器的运行极限工况,分析载荷采用了三正一负交替变化的载荷.最后,基于线性疲劳累积损伤理论的Miner法则对结果进行判断.结果 基于线性疲劳累积损伤理论的Miner法则,初始设计方案的计算结果表明,疲劳破坏发生在壳体过渡圆角处,其可承受的载荷循环次数为270次,不满足大于350次的设计目标,结果与疲劳台架试验相符,且失效区域对应性较好.通过增大差速器壳体过渡圆角半径及增加壳体厚度的方法对差速器壳体进行优化,优化后的疲劳分析结果显示,疲劳寿命增加至417次,满足350次设计目标,并顺利通过耐久台架试验.结论 通过优化前后台架试验结果与仿真结果的对比证实,该仿真分析方法能准确预测差速器壳体的疲劳水平,且该分析方法在计算精度方面是完全可信的,可以在实际项目开发中应用,可提前识别并规避风险,减少后期台架验证成本.     

某梁结构静动联合加载疲劳研究试验件设计与分析

目的解决工程结构在交变静载荷和动载荷联合作用下的疲劳寿命预估难题。方法拟设计一梁结构试验件,方便施加静力与动载荷,并具有合适的疲劳寿命,用于静动联合加载下疲劳寿命预估研究。并采用名义应力法计算出静载荷作用下结构的寿命,采用频域法计算动载荷单独作用下结构的寿命,再以线性损伤累积理论为基础,以载荷块为单位来计算静动载荷联合加载下的寿命。结果初步给出试验载荷,得到静动载荷联合加载下危险点的寿命为1225 s。试件在1 h之内失效,满足设计要求。结论通过该方法,可以用来校核试件的实际寿命,以设计试件。     

某船用唇形密封失效因素试验及仿真模拟研究

目的 针对船用唇形密封使用过程中的唇口破坏问题,研究唇形密封失效影响因素及唇形密封应力、位移、接触压力分布特性。方法 模拟实船齿轮箱输入结构搭建试验台,进行密封失效因素分析,并利用有限元分析软件建立旋转唇形密封的二维轴对称模型,分析过盈量及橡胶本体材料参数对唇形密封应力、位移、唇尖接触压力分布的影响。结果 除密封材料及密封接触应力因素不确定外,其他所列因素几乎均未发生泄漏,因此进一步对不同材料及接触特性进行有限元分析。研究表明,3种材料中,2号材料的Von Mises应力值最大,且不管何种材料,随着过盈量增加,唇尖应力沿着参考线先增大后、逐渐减小、再增大,并呈现非对称分布,过盈量超过0.4 mm时,唇形密封的最大应力出现在骨架与橡胶本体接触圆角处。随着过盈量的增加,3种材料唇尖最大接触压力的变化趋势不同,最大Von Mises 接触应力逐渐增大,且过盈量在0.6 mm之后增速较快,唇尖接触线位置接触压力先减小、后逐渐增大,拐点在接触线位置0.25~0.3 mm处。结论 油温、油压、安装方式、偏心量、转速对于唇形密封失效的影响较小。材料属性与过盈量都会引起唇形密封Von Mises应力及唇尖接触压力发生较大变化,只是影响应力峰值大小不同,材料属性对于唇形密封本体位移的影响较小,过盈量会引起位移较大变化,且会引起最大应力位置变化,同时接触线接触应力与接触压力大小没有相关性。对于唇形密封安装来说,在过盈量为0.8 mm左右时较为合理。     

角接触球轴承的选用与寿命计算

本文通过对角接触球轴承的受力分析、应力分析,轴向载荷的计算,当量动载荷计算总结了角接触球轴承的选用与疲劳寿命计算方法。     

基于温度循环失效机理的铝制金属密封圈疲劳寿命仿真

目的解决真空法兰密封中的金属密封圈寿命难以预测的问题。方法基于金属密封圈的失效机理,提出一种疲劳仿真方法,对金属密封圈的使用寿命进行有效预测。通过有限元仿真方法对金属密封圈安装过程及其使用过程进行仿真模拟,得到金属密封圈使用过程的应力分布,然后结合Conffin-Manson疲劳模型,对金属密封圈的使用寿命进行疲劳仿真,最后设计加速寿命试验,对其仿真结果进行验证。结果疲劳仿真所得的金属密封圈使用疲劳寿命为26915次温度循环,加速寿命试验结果为28401次温度循环,仿真误差为5.23%。结论构建的安装过程和疲劳仿真模型与实际相符。     

热声复合环境下薄壁锥壳结构响应计算与疲劳寿命预估

目的研究热声复合环境下薄壁锥壳结构的动力学响应与疲劳寿命。方法采用耦合的有限元/边界元法,完成不同热声载荷下的振动应力计算。基于改进的雨流计数法,对不同热声载荷下危险点位置及典型位置的疲劳寿命进行预估。结果屈曲前随温度的增加,薄壁锥壳结构的基频降低,屈曲后在一定温度范围内时,基频增加。薄壁锥壳结构的应力集中主要出现在孔边位置,基频在热声激励响应中起主导作用。低阶固有频率处存在较大峰值,高阶频带范围内的峰值较小,模态密度较高。结论在800～1000℃的温度载荷与强声载荷下,薄壁锥壳结构的疲劳寿命只能维持几个小时,所以在抗声疲劳结构设计中要考虑响应谱的频率结构,及注重结构孔边位置的结构设计。     

引信步进应力加速试验贮存寿命预测研究

目的 针对某机电引信加速寿命试验数据,采用传统统计分析方法存在计算量大、寿命预测精度难以保证的问题,开展与智能算法相结合的引信贮存寿命预测研究。方法 针对步进应力加速寿命试验数据,采用贝叶斯理论的环境因子法,对各级应力下的贮存时间进行折合计算。利用进化策略对粒子群算法进行改进,进而对所建立的BP神经网络预测模型的全局参数进行调整和优化,突破传统方法的局限。将折合后的试验时间、样本量、应力水平作为网络输入,失效数作为输出,来预测引信贮存寿命。结果 利用训练好的 BP神经网络预测引信在正常应力水平下的失效数,计算其贮存可靠度。在迭代402次后,模型找到最优解,且预测误差在1%以内。结论 步进应力加速寿命试验与智能算法相结合的方法计算过程简单,预测精度较高,可有效提高引信贮存寿命的预测精度。     

综合考虑疲劳强度影响因素的寿命预测方法

目的提出一种综合考虑疲劳强度影响因素的寿命预测方法。方法利用提出的综合疲劳强度因子Kz考虑应力集中、尺寸和表面状态等因素对疲劳强度的影响,结合S-N曲线方法,采用Goodman方程进行平均应力修正,采用Miner定理进行疲劳损伤累积,提出一种适用于机械结构的疲劳寿命预测方法。结果对一种复杂结构螺旋弹簧进行了位移控制的恒幅和变幅台架试验,并利用弹塑性有限元分析获得了关键危险点位置的应力响应历程。利用台架试验的寿命结果对提出的方法进行了验证,预测误差在2倍因子以内。结论提出的方法可以较好地预测机械结构的疲劳寿命。     

差速器螺栓失效行为研究

目的研究车辆差速器螺栓失效原因。方法在化学成分、非金属夹杂物、力学性能、金相组织、断口形貌等检测分析的基础上,研究车辆差速器螺栓的失效行为,推断失效原因。结果差速器螺栓化学成分、氢含量、心部硬度及金相组织、材料抗拉强度及屈服强度等均未见明显异常,断口有明显的疲劳断裂特征,螺纹表层存在脱碳现象,脱碳层深度约为0.07 mm。裂纹起始于螺纹根部,裂纹两侧无脱碳现象,螺纹表面及裂纹内部均未见腐蚀产物。结论由于表面脱碳使得差速器螺栓表面硬度及疲劳强度降低,而螺纹根部存在的应力集中使早期裂纹在螺纹根部产生,并在交变载荷作用下进一步扩展,进而最终导致疲劳断裂。     

合金钢螺栓海洋气候环境适应性研究

目的研究海洋气候环境对合金钢螺栓的影响。方法开展合金钢螺栓海南万宁试验站为期24个月的远海户外暴露试验,通过环境扫描电镜(ESEM)和自带的能谱仪(EDS)、拉伸和疲劳力学性能试验机、动电位极化(PC)研究合金钢螺栓力学性能、宏观形貌、微观形貌和腐蚀产物变化。结果户外暴露24个月后,合金钢螺栓破坏剪力下降了3.4%,破坏拉力下降了7.7%,疲劳寿命下降了41.3%。结论合金钢户外暴露24个月后发生全面腐蚀,腐蚀对螺栓破坏拉力及破坏剪力性能影响不大,对螺栓疲劳寿命下降影响较大。     

加筋板在复杂载荷下的振动疲劳寿命分析

目的研究航空工程结构部件——加筋板在准静态载荷和随机动载荷联合加载下的振动疲劳寿命预估问题。方法针对某铣制铝合金缺口加筋板,建立有限元模型,并采用时域法进行静动联合加载下的疲劳寿命分析。首先将准静态载荷分解为静力与正弦激励,以静力结果作为平均应力修正S-N曲线,再采用随机响应分析计算动载荷单独作用下结构危险点的应力PSD函数,通过逆傅里叶变换法,提取随机加载过程中的时域信号后,应用Von Mises等效准则,将其与正弦激励时域样本进行叠加,得到疲劳分析应力谱,再结合Miner线性累积理论和雨流循环计数法,计算得加筋板结构静动联合加载下的疲劳寿命。结果通过有限元仿真分析计算,得到加筋板在静动载荷共同作用下的疲劳寿命,对比试验寿命,误差基本在两倍界以内。结论由仿真与试验的结果对比说明,该方法可以有效预估试验件在静动载荷联合加载下的疲劳寿命,并能进一步推广到类似载荷下的疲劳寿命预估问题。     

5%NaCl盐雾环境对铝合金铆接防护结构性能影响研究

目的研究2024铝合金在5%NaCl盐雾环境下的腐蚀疲劳性能。方法开展2024铝合金5%NaCl盐雾环境下的腐蚀疲劳试验,采用"疲劳加载-腐蚀环境"交替循环的试验模式,通过试验测试铝合金铆接结构在5%NaCl盐雾环境下的腐蚀疲劳寿命值,分析不同疲劳载荷大小对铝合金连接结构的腐蚀疲劳寿命影响。结果 5%NaCl盐雾环境对于铝合金铆接结构疲劳寿命有较大影响,疲劳载荷对防护涂层防护性能和腐蚀疲劳载荷的滞后效应等两方面影响,0.25P破坏载荷相较于0.3P破坏载荷,涂层防护作用影响更小,低载锻炼效应更强,腐蚀疲劳寿命降低量更少。结论 2024铝合金铆接结构耐腐蚀性能与结构载荷和防护涂层特性有重要关系。     

考虑微动影响的搭接结构疲劳寿命研究

为研究微动对搭接结构疲劳寿命的影响,采用ABAQUS软件建立了考虑微动影响的单搭接结构有限元全局模型和子模型,运用该模型计算了接触区的应力分布.并在FRANC2D/L中把螺栓用等效的正应力和剪应力来代替,重建子模型,计算了裂纹尖端应力强度因子.最后建立了考虑微动影响下的搭接结构疲劳寿命预测模型,并将计算值与试验值进行了...     

喷丸强化技术在某型作动筒延寿修理中的应用

目的将某型作动筒的寿命由6000±150起落延长至12 000±150起落。方法采用喷丸强化技术对作动筒的主要承力零件进行喷丸强化处理,提高零件的抗疲劳和抗应力腐蚀性能。通过疲劳寿命试验验证对比喷丸强化处理前后典型零件和作动筒的寿命指标是否达到了预期目标。结果喷丸强化处理前的3件前耳环螺栓试验循环次数均未超过1.8×10~6即断裂,喷丸强化后达到3.6×10~6时仍未断裂。喷丸强化处理后的4件主耳环螺栓与喷丸强化处理前对比,断裂时的试验循环次数均有不同程度的提高,均值寿命比值大于2.36。喷丸强化处理前后的主前作动筒疲劳寿命试验达到预期的循环次数时,均没有出现断裂或者损坏。结论喷丸强化处理能有明显提高作动筒的抗疲劳和抗应力腐蚀性,强化处理后的零件疲劳寿命能够超过处理前的2倍,可以采用喷丸强化技术延长作动筒的使用寿命。