大型过山车车体剩余使用寿命评估研究

本文以大型过山车为研究对象,基于游乐设施剩余寿命评估理论,从疲劳、磨损和锈蚀这三个影响大型游乐设施主要受力部件剩余使用寿命的因素出发,对四环过山车车体的重要结构件和重要销轴进行了应力测试和尺寸测量,以测试和测量数据为基础对其进行了疲劳寿命分析、磨损和锈蚀寿命分析,得到了车体重要结构件和重要销轴的剩余使用寿命,进而得到了四环过山车车体的剩余使用寿命为1×10⁵次,折算后的使用期限约为5年8个月。     

考虑轮轨耦合的过山车轨道结构疲劳寿命评估

针对过山车轨道寿命预估难题,完成了基于轮轨耦合关系的过山车轨道寿命预估。首先在ADAMS中基于轮轨耦合进行仿真计算得到轮轨接触力,随后在ANSYS中建立过山车全轨道有限元模型并进行仿真计算,结果显示轨道螺旋段应力明显大于其他轨道单元段,轨道结构中枕轨应力集中现象突出,故以螺旋段枕轨应力最大处作为疲劳校核点。在获得疲劳校核点的应力-时间历程后运用雨流计数法提取循环载荷,最后采用基于疲劳损伤累积理论对轨道进行寿命预估。     

基于光纤传感技术的过山车疲劳寿命预测研究

过山车承受复杂随机交变循环载荷,其引起的疲劳损伤是过山车突然失效的主要原因,过山车结构的疲劳及由此引起的安全问题愈来愈突出。本文采用光纤光栅传感器对过山车关键结构的应力进行实时监测。针对实时监测数据,采用双参数四峰谷值雨流快速计数程序,对光纤光栅监测得到的实时应力监测数据进行数据压缩、峰谷值挑选、无效幅值去除等,得到疲劳损伤热点区的有效应力幅。同时采用Miner线性累积损伤理论和名义应力法对过山车热点区的累积损伤和疲劳寿命进行计算与预测。根据热点区2个测点的疲劳寿命分析结果,该过山车轨道的疲劳寿命满足规范基本要求。本文将光纤传感在线实时监测技术与疲劳寿命预测方法相结合,为更加准确的实现过山车的累积损伤及疲劳剩余寿命的实时显示和分析提供了新手段。     

广州电视塔轨道观光车检验案例分析

针对安装在广州电视塔顶部的轨道观光车进行检验,利用应力测试仪对轮架及侧轮架轴进行应力测试,着重分析了侧轮架轴受力情况。分析认为,侧轮架轴安全系数不满足标准要求。对轮架及侧轮架轴进行了优化设计,侧轮架轴由悬臂梁变为简支梁结构,受力情况得到明显改善。通过该案例分析,为以后类似结构检验工作提供一定的指导意义。     

基于VP-MFC的采煤机摇臂系统齿轮性能退化可靠性分析

齿轮作为采煤机摇臂系统的关键零件,其性能退化对采煤机的工作可靠性有着重要影响。建立了采煤机摇臂系统的刚柔耦合虚拟样机（VP）模型,基于仿真结果,计算得到温度载荷,应用ANSYS对摇臂系统的薄弱齿轮副进行多场耦合（MFC）分析,得到了齿轮的温度场及结构场云图。建立引入裂纹后的齿轮有限元模型,利用FRANC3D对其进行断裂裂纹扩展数值模拟,得到了齿轮的裂纹前缘应力强度因子、扩展轨迹与疲劳寿命。提出以齿轮的裂纹扩展疲劳寿命和可靠度为退化指标的定量评估方法,结果表明齿轮性能退化成指数分布。将虚拟样机、多场耦合与断裂力学相结合,为齿轮性能退化可靠性研究提供了新的方法。     

往复式过山车车辆连接器螺栓断裂失效分析

分析往复式过山车车辆连接器螺栓的断裂失效机理,为防止游乐设施上相同受力形式螺栓的断裂失效提供指导.首先对失效螺栓开展了化学成分分析、金相组织分析、拉伸力学性能测试和断口宏微观形貌分析,初步得出了螺栓断裂的失效原因,然后在分析往复式过山车运动形式、车辆连接器结构特征、安装方式和受力形式的基础上,采用容许应力幅法对车辆连接器螺栓进行了疲劳寿命评估分析.综合定性与定量分析结果确定车辆连接器螺栓由于承受交变载荷而发生了高周疲劳断裂.最后,提出了针对该类往复式过山车车辆连接器的结构优化措施,实施设计改进后,提高了螺栓连接的可靠性和游乐设施运行的安全性.     

起重机械疲劳寿命分析预测软件开发及工程应用

随着国民经济的快速发展,起重机械的应用越来越广泛。在役起重机械的疲劳及由此引起的安全问题也愈来愈突出。以名义应力法为疲劳寿命预测的基本方法,采用双参数雨流计数法对随机载荷进行处理,根据Miner线性累积损伤模型计算随机载荷引起的疲劳累积损伤,然后对疲劳寿命做出分析预测。基于Matlab软件的图形用户接口开发环境,设计了工程应用型的疲劳寿命分析预测软件。采用所开发的疲劳寿命分析预测软件对起重机热点区的累积损伤和疲劳寿命进行分析计算与预测。根据4个测点的疲劳寿命分析结果,说明本文采用起重机结构疲劳损伤寿命预测方法比较合理,开发的疲劳寿命分析预测软件具有较好的工程应用价值,为快速进行在役起重机的疲劳寿命评估提供了平台。     

魔环过山车提升钩安全销断裂原因分析

魔环过山车为一款大型往复式滑行车,采用机械伸缩式提升钩实现挂钩、脱钩动作,并设置提升钩安全销作为提升钩误动作时的机械保护附件。针对魔环过山车在运行过程中易出现提升钩安全销意外断裂导致的乘客高空滞留问题,本文对提升钩安全销的断裂机理进行了研究,并结合Miner线性累计疲劳损伤理论,对安全销的疲劳寿命进行了理论计算,经计算分析,理论预测寿命与实际寿命误差小于30%,满足工程使用精度。同时为预防其疲劳使用寿命不足造成的意外断裂问题,从设计、制造、检验层面提出处理措施,确保提升钩安全销全周期的安全性。     

FN1000m~2换热器管板与球封焊接结构安全性分析

以JB 4732标准对某企业FN1 000 m2换热器进行管板与球封焊接结构疲劳寿命计算,校核其疲劳寿命是否满足企业要求。疲劳寿命计算是在有限元应力分析结果满足JB 4732对强度要求的前提下,依据JB 4732中附录C疲劳寿命计算准则,计算FN1 000 m2换热器在交变载荷下允许最大应力循环次数。计算结果大于企业所规定的应力循环次数,满足了企业对换热器管板与球封焊接结构安全性疲劳寿命要求,节约了疲劳试验的时间与成本,对企业进行换热器结构优化具有指导意义。     

大型游艺机——过山车的安全性分析

研究基于虚拟样机技术的过山车的安全性问题,旨在解决传统设计的弊端,有效降低设计成本,提高过山车的安全性能。在ADAMS软件中建立过山车的虚拟样机模型。研究轨道圆环直径、车厢重量、制动力对过山车安全性能的影响,获得以上各参数的合理范围,使车厢连接副受力状况与加速度得到改善,制动力精确性得到提高。为探索运动类特种设备———过山车的安全保障技术提供了新途径。     

少载荷级数下桥式起重机桥架疲劳安全寿命研究

提出了一种针对少载荷级数作用下的桥式起重机桥架裂纹萌生寿命计算的新数值模拟方法。该方法利用ANSYS软件中的生死单元模拟吊重起升和小车运行,得到桥架在3级载荷作用下的瞬态应力响应,将应力数据集导入到疲劳软件FE-SAFE中,根据多轴局部应力应变算法,基于Morrow平均应力修正下的Brown Miller损伤模型,对32t/A6桥式起重机桥架进行疲劳分析。计算结果表明,桥架疲劳寿命满足使用要求,疲劳失效主要发生在端梁腹板的拐角处。     

金属材料高温疲劳-蠕变寿命预测方法研究进展

从线性累积损伤、应力参量控制模式、应变参量控制模式、损伤力学、断裂力学、多元统计以及神经网络等7个方面研讨了国内外金属材料在高温条件下疲劳-蠕变寿命预测方法的主要研究进展与成果。其中,线性累积损伤主要应用于高温蠕变——低周疲劳的寿命预测;应变控制模式的预测方法成功地把蠕变因素引入到疲劳寿命预测模型中;多元统计以及神经网络是金属材料进行寿命预测的新方法。     

基于ADAMS/Rail的直线电机轨道交通安全性研究

阐述了直线电机轨道交通的技术特点,并就其安全评价体系做了介绍,应用ADAMS/Rail软件分别建立了轮对、构架、悬挂系统、止挡、自导向径向转向架、直线电机以及车体的模型,并考虑轮轨关系组合为直线电机轨道交通的车辆-轨道耦合动力学整体模型,进行了大量的计算仿真。笔者主要以脱轨系数为例进行了动力响应分析,给出考虑了径向转向架和直线电机后的安全评判指标,比较了与径向转向架和未安装直线电机的区别,验证了模型的正确性和有效性。为后续研究直线电机轨道交通车辆-轨道耦合动力学模型提供了理论基础,从而可以进一步从安全性角度研究线路设计参数。为我国今后直线电机轨道交通建设就线路参数对车辆运行安全性的影响研究方面起到理论指导作用。     

门式起重机起升动载荷分析

以某工厂门式起重机为研究对象,利用轴套力建模法和编制相应CMD命令文件建立了钢丝绳模型,对部件添加材料属性,并对整机施加相应的约束、载荷和驱动,实现了门式起重机的虚拟样机建模。研究了不同的调速方法对起升动载荷的影响,采用联合仿真法对比分析了串电阻调速和变频调速法对动载荷的影响,为门式起重机的疲劳寿命研究提供数据支撑。     

Strain hardening effect of CF8M stainless steel in the environment fatigue test under pressurized water reactor condition

To develop a fatigue design curve of cast stainless steel CF8M that has been used in piping material of nuclear power plants, a low cycle fatigue tests were conducted in the environment of a pressurized water reactor at 15 MPa and 315 °C. Cylindrical solid fatigue specimens were used for the strain-controlled environmental fatigue tests. Fatigue life was measured in terms of the number of cycles with the variation of strain amplitudes at 0.04%/s strain rate. This paper focuses on the characteristics of the cyclic strain hardening effect caused during environment fatigue tests of the CF8M cast stainless steel. The process and method of correcting fatigue test data in this paper would be so useful to produce reliable data of environmental fatigue curves for the material in operating condition of high pressure and high temperature water environments.     

桥式起重机结构可靠性失效准则与剩余寿命评估准则

针对确定可靠性失效准则和剩余寿命评估准则时,未与起重机结构实际相结合的特点,笔者将机电类特种设备钢结构系统的可靠性分析失效准则与结构剩余寿命评估准则有机的统一起来,以桥式起重机结构系统为研究对象,确定了桥式起重机钢结构系统的具体失效准则,即从静强度、疲劳强度、刚度、整体稳定性、局部稳定性以及最大失效路径长度等多方面进行评价。通过对桥式起重机起重量摄动引起刚度失效比重变化结果对比,验证了结果的正确性。该方法可为起重机可靠性与剩余寿命评估做好前期准备,为机电类特种设备安全评估方法提供一条新理论新思路。     

大位移塑性变形下连续油管直径增长规律研究

连续油管的工作过程是大变形塑性过程。在内压、弯曲疲劳周期复合载荷作用下,随着循环次数的增加,连续油管直径增长、壁厚减薄,同时椭圆化。连续油管直径的改变会引起与其配套设备的不兼容性,进而导致连续油管严重机械损坏。在对轴向应变、环向应变、径向应变软件仿真计算和全尺寸试验对比分析的基础上,阐述了连续油管管体直径改变的规律,找出连续油管在疲劳损伤过程中的最大直径的增长规律。在25MPa内压、300mm行程作用下,直径增长呈指数形式,且通过最大直径与循环的关系及拟合公式,可以预判连续油管的疲劳损伤程度及变形危险区域。     

基于紧凑拉伸试验的含缺陷燃气管疲劳寿命预测分析

为分析预测含缺陷燃气管道的疲劳寿命,实现燃气管道分类分级监测和维护。在理论分析含缺陷管道疲劳寿命预测模型的基础上,通过MTS电液伺服疲劳试验机测试获得同一应力比下4种不同应力强度因子的疲劳裂纹扩展速率,进而构建含缺陷燃气管道疲劳寿命的实用模型。以安徽淮南天然气二气源管道工程实际参数为例,预测分析类似条件下含缺陷燃气管道的疲劳寿命,为燃气管道监测维护与分类分级管理提供可靠依据。结果表明:管道的疲劳寿命与裂纹深度变化近似成线性关系,与内压幅值变化近似成指数为负的幂函数关系,且管道输送压力变化幅值不应超过1.5 MPa。