多工况下地下管道结构疲劳可靠度分析

疲劳破坏是埋地管道主要的失效方式之一,超载、地下空洞等因素都会加剧地下管道结构的疲劳损伤,对其安全运行构成威胁。对管道服役期在各种不利影响因素组合下的动力响应特征进行数值模拟分析,确定其疲劳应力谱;基于材料S-N曲线和Miner线性累积损伤准则,利用可靠性理论建立了交通荷载作用下地下管道结构疲劳的极限状态方程,计算了管道结构的疲劳寿命和疲劳可靠度指标;以某软土路基环境下地下燃气管道为例,定量评估了超载和地下空洞对地下管道结构疲劳可靠度的影响。将管道在荷载作用下的结构动力分析与疲劳可靠度相结合,为地下管道结构疲劳可靠度评估提供了一种新的分析方法,可为城市地下管道的设计、施工、维护及检修提供科学依据。     

振动试验夹具设计的疲劳分析

根据动力学特性,振动试验往往要求夹具有较高的固有频率和阻尼;根据振动台的使用情况,要求夹具质量尽可能轻;制作工艺要求夹具尽可能地保持整体性。但是,对于影响试验安全的疲劳问题,一般都不进行夹具疲劳验算。通过实例,说明夹具会在振动试验中出现疲劳破坏。对于某些特殊情况下的振动试验,对夹具的疲劳验算是必不可少的。     

结构振动疲劳加速试验技术研究

目的提出一种用于评估随机振动环境下工程结构长期耐久性和疲劳可靠性的加速试验技术。方法通过开展一系列高斯和非高斯振动疲劳对比试验,系统研究影响结构振动疲劳寿命的各种因素,包括随机振动激励的均方根值、功率谱密度、带宽和峭度值等。结果非高斯随机振动激励的带宽和峭度值对结构振动疲劳寿命也有明显影响。结论当结构振动激励呈现明显的非高斯特征时,设计随机振动疲劳加速试验方案必须综合考虑振动激励的带宽和峭度值。     

有限元仿真在振动结构疲劳分析中的应用

为了对某机载产品进行结构疲劳分析,采用有限元分析软件ANSYS对产品结构进行了模态分析和随机振动分析,结合模态试验修正了有限元模型。由随机振动分析得到应力响应功率谱,最后利用频域方法计算结构的疲劳损伤。仿真结果基本吻合强化试验结果,并给出了产品结构设计改进方案。     

航空发动机叶片高应力振动疲劳试验技术研究

在电动振动台上对航空发动机叶片进行了高应力振动疲劳试验,详细研究了试验机理,提出了辅助点监测叶片最大振动应力、共振峰后定频率激励等试验方法,并成功利用振动台开环控制技术有效稳定了叶片的振动应力水平,从而获得可靠的疲劳数据。另外,从试验角度出发,对振动台激励与叶片振动应力响应之间的关系进行了研究。     

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。     

环境对某型飞机典型结构部位疲劳寿命影响分析

目的 研究环境对飞机典型结构部位疲劳寿命的影响。方法 选取某型机机身连接壁板、机翼壁板、机翼内部大梁结构、平尾接头及垂尾接头的典型模拟件为研究对象,开展实验室加速腐蚀与随机载荷谱交替试验、载荷谱疲劳试验,分析环境对典型结构部位模拟件表面涂层损伤、疲劳断裂位置、疲劳源及中值寿命的影响,建立环境对结构部位疲劳寿命影响关系。结果 采用载荷作用后结构部位模拟件疲劳中值寿命与加速腐蚀环境-疲劳寿命后试样的疲劳中值寿命比值,估算环境对结构部位模拟件疲劳寿命的影响,比值k=1.2~2.5,且比值k越大,说明环境对试样的疲劳寿命影响越大。结论 采用载荷作用后结构部位模拟件疲劳中值寿命与加速环境-疲劳寿命后试样的疲劳中值寿命比值,可初步估算环境对结构部位模拟件疲劳寿命的影响,且试验结果表明,外部环境较内部环境对试样疲劳寿命的影响更大。     

基于疲劳累积损伤等效理论的PCB板振动加速试验研究

目的建立小样本情况下,通过试验及仿真结合求解PCB板在随机振动激励下的振动加速因子的方法。方法以疲劳累计损伤等效为研究基础,以PCB板为研究对象,通过实验室的动力学环境模拟试验,在施加相同谱型不同量级的随机激励载荷下的振动加速因子,并通过采用试验数据对仿真局部模型修正的方法得出PCB板在随机振动激励载荷下的振动加速因子。结果通过试验数据与仿真计算结果的对比,两种方法得出的振动加速因子的误差在5%以内,满足工程实践精度要求。且进一步的证实了该方法的可行性。结论对于不同种类的PCB板在进行小样本摸底试验及随机振动仿真计算的前提下,确定电路板产品的薄弱位置,之后通过疲劳仿真计算局部的疲劳寿命便可以求得一定精度要求下的振动加速因子。     

无人直升机主桨毂中央件疲劳试验加载技术研究

首先基于2种不同旋翼构型无人直升机主桨毂中央件的结构形式和承载特点,介绍了现代无人直升机中央件疲劳试验加载技术及调试方法。随后对比分析了中央件疲劳试验中2种不同的离心力加载形式,给试验载荷(包括相位、位移和精度等)、试验频率及试验运行状态等方面带来的影响。最后,针对上述分析结果提出解决办法,为优化试验方案,提高试验加载精度,提升试验效率,保障中央件在地面疲劳试验中合理承载、传载及准确评估其结构疲劳寿命等提供了可靠的试验技术支撑,同时也为今后类似结构的主桨毂中央件地面疲劳试验技术发展提供了极有价值的参考和借鉴。     

身管镀层界面失效分析及寿命预测研究

目的 研究热压耦合作用下身管镀层的界面失效机理,预测身管寿命。方法 建立镀层界面剪切失效、界面弯曲失效和界面裂纹扩展失效3种失效模型,并给出失效准则。以某小口径步枪身管为研究对象,基于完整冷却周期的身管温度场数值模拟结果,计算这3种失效在相同射击条件下的临界失效长厚比,并对结果进行对比分析,确定身管镀层的主要界面失效方式。结合镀层的界面失效机理和低周疲劳损伤累计理论,建立基于镀层界面疲劳损伤累积的身管寿命预测模型,对该小口径步枪身管的寿命进行预测。结果 临界失效长厚比计算结果表明,界面剪切失效是身管镀层的主要失效方式。身管寿命预测结果与寿命试验结果相比,误差小于2%。结论 界面剪切失效是身管镀层的主要失效方式,基于镀层界面疲劳损伤累积的身管寿命预测方法是可行的。     

高温环境下薄壁试件随机振动疲劳研究

目的研究高温环境下薄壁试件的随机振动疲劳问题。方法综述国内外随机振动疲劳研究现状,制定有效的研究方案。首先,通过有限元法完成薄壁试件的动力学响应数值仿真计算与分析,基于改进的雨流循环计数法预估薄壁试件的疲劳寿命。然后,开展高温环境下薄壁试件随机振动疲劳试验,获取危险位置动力学响应与疲劳寿命。结果高温强振动环境下,结构的危险位置主要出现在固支边界或形状突变位置,且基频处的动力学响应峰值是结构疲劳寿命的主要影响因素,随温度和振动量级的增加,结构疲劳寿命呈抛物线降低趋势。结论通过仿真与试验的比对,验证了高温环境下薄壁试件随机振动疲劳仿真计算方法的有效性与可靠性。     

搭接结构件腐蚀疲劳试验技术

腐蚀疲劳试验是评估腐蚀环境对结构件疲劳寿命影响的有效方法。从试验件设计、疲劳载荷谱加载方式、典型腐蚀环境的施加、试验数据的处理原则等方面对搭接结构件腐蚀疲劳试验技术进行了较全面的介绍。     

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。     

动态载荷作用下大型复杂结构的振动疲劳分析方法综述

首先从目前存在的疲劳损伤现象拓展到工程各行业中服役结构的疲劳损伤情况,分析了振动疲劳损伤作用机理,并论述了振动疲劳研究的意义,阐述了振动疲劳的定义,其次分析了振动疲劳分析方法的国内外发展情况及研究现状。此外,通过对振动疲劳研究相关文献的梳理,总结出一些振动疲劳时域与频域方面的研究方法,并分析了各方法的优缺点。最后,根据在振动疲劳研究目前存在的一些问题,归纳出未来的研究发展方向。     

基于损伤等效的振动疲劳试验载荷转换

目的使用简谐激励替代随机平直谱激励进行振动疲劳试验。方法利用有限元仿真计算某典型铝合金试验件在简谐激励和随机平直谱激励下的疲劳寿命,分析2种工况下试验件寿命相等时激励的等效关系。进行一组定频激励试验和一组谱激励试验,对比试验结果,验证在某典型铝合金试验件上利用简谐激励替代随机平直谱激励进行振动疲劳试验的可行性。结果通过试验与仿真技术,对2024-T4铝合金试验件在一定频率非共振简谐激励和随机平直谱激励作用下的振动疲劳寿命规律进行研究,得出了不同激励作用下试验件寿命相同时载荷的等效关系。结论基于损伤等效,工程中可以使用简谐激励代替随机平直谱激励进行振动疲劳试验,从而解决了一类振动疲劳试验加载困难的问题,实现振动疲劳的试验加速。     

疲劳损伤等效在随机振动试验中的应用

以疲劳损伤等价为基础的随机振动试验是评价结构振动环境适应性能力的重要手段.将基于位移模态和应变模态的模态叠加方法分别应用于结构振动位移响应和应力响应的分析中,建立了随机振动试验不同激励条件下,结构振动响应的关系;将结构随机振动应力响应的峰值概率分布通用关系应用于疲劳损伤评估,导出了振动疲劳损伤等效关系.以一个试验为例介绍了疲劳损伤等效原则在随机振动试验中的应用.