超长寿命双重S-N曲线模型的研究

基于某些高强度钢、钛合金等特殊金属材料由于破坏机理（表面和内部破坏）的不同而表现出的双重S—N（应力—寿命）曲线特性,以高碳铬轴承钢为试验材料进行旋转弯曲疲劳的试验研究,用Basquin,Langer和三参数模型分别描述其S—N曲线关系,并且应用常规最小二乘法、广义极大似然法分别研究其概率S—N曲线模型。结果表明：在区分破坏机理的情况下,试验数据较好地服从对数正态分布;从试验数据的拟合效果和可靠性设计出发,三参数模型更能有效地描述这些特殊金属材料的双重S—N曲线关系,并且更宜采用广义极大似然法描述其概率S—N曲线模型,以避免常规最小二乘法受试验数据局部统计特征影响而给出偏于非安全的估计。     

在等幅重复应力作用下混凝土弯曲疲劳性能研究

在室内混凝土试件弯曲疲劳试验的基础上，研究了素混凝土受弯试件在等幅重复荷载作用下的弯曲线劳性能。通过对试验结果的统计分析，证实了混凝土弯曲疲劳寿命的概率分布基本上符合两参数威布尔分布。在探讨了疲劳方程合理形式的基础上，进而建立能够较好拟合试验结果，并能向低应力水平外延的折线型双对数混凝土弯曲疲劳方程。     

超声频率加载下50#车轴钢超长寿命疲劳性能研究

利用20kHz超声疲劳试验方法,研究提速列车50#车轴钢的疲劳性能。超声疲劳试验结果表明,50#车轴钢不存在常规疲劳试验曲线所示的"疲劳极限",其S—N曲线表现出"二次下降型"特征,在超长寿命阶段,S—N曲线继平台之后又出现下降趋势。比较50#车轴钢的超声疲劳性能与常规疲劳性能,疲劳性能受频率影响,超声频率使材料疲劳强度提高。超声疲劳试验结果应用于常规疲劳强度设计时需进行强度修正,给出疲劳强度修正公式及修正系数。     

Twin-PBL剪力键疲劳性能试验及有限元分析

为研究Twin-PBL剪力键在循环荷载作用下的力学性能,进行了5个Twin-PBL剪力键的疲劳推出试验。分析了其在不同疲劳荷载幅下的疲劳破坏模式、疲劳性能及荷载-滑移曲线。结合有限元仿真软件MIDAS/Fea进行空间实体建模,将有限元计算结果与推出试验得出的数据和构件损伤形式进行了对比分析,并拟合得到平均相对误差为9. 09%的荷载与寿命曲线方程。结果表明:在疲劳试验中,Twin-PBL剪力键的疲劳损伤寿命随疲劳荷载幅的增大而趋于短折; Twin-PBL剪力键疲劳试验后的残余滑移量能表征疲劳损伤的程度;有限元仿真模拟与疲劳试验相互印证了Twin-PBL剪力连接件的破坏模式,即混凝土板自底部呈45°斜向劈裂,开孔处混凝土榫剪碎,贯穿钢筋剪切变形。     

钢筋混凝土空心梁疲劳性能试验研究

对6根大比例钢筋混凝土空心梁进行静载和疲劳性能试验研究,每根梁取不同荷载幅度,研究不同疲劳次数下梁受压区混凝土和受拉区的钢筋的应变、梁的跨中挠度以及裂缝发展情况,得到不同的疲劳荷载应力幅作用下钢筋混凝土空心梁的疲劳寿命;根据试验结果拟合得到钢筋混凝土空心梁疲劳荷载作用下的S-N曲线,为由钢筋混凝土空心梁构成的桥梁结构寿命预测提供依据。对钢筋混凝土空心梁疲劳破坏后的钢筋进行静力学性能试验研究,了解钢筋混凝土空心梁疲劳破坏后钢筋力学性能的退化情况。     

LZ50钢概率疲劳S-N曲线外推新方法

基于Basquin关系,提出了将中短寿命概率疲劳S N曲线合理外推到长寿命范围的疲劳极限参数法。要求外推曲线依概率平滑通过相应的概率疲劳极限点。通过对LZ50车轴钢试验数据分析,与现有直接法和2m-1指数法比较表明,本文提出的外推方法是合理的;无疲劳极限试验数据时,可采用2m-1指数法,不宜采用安全裕度过大的直接法。根据本文方法建立了LZ50钢概率疲劳外推曲线。     

高速列车转向架构架结构的疲劳可靠性模型

为了准确评估高速列车转向架构架的疲劳可靠性,通过转向架构架相同材料焊缝结构的多级小样本疲劳试验数据,得到指定寿命下疲劳强度分布的概率密度函数;采用双参数雨流计数法,根据实测构架结构的复杂随机应力—时间历程曲线编制构架的应力谱,再按照Miner准则和疲劳损伤等效原则计算对应的恒幅对称循环等效应力,并由此拟合得到高速列车服役寿命下等效应力分布的概率密度函数;根据得到的构架疲劳强度分布函数和等效应力分布函数,以等效应力小于疲劳强度为疲劳破坏判据,建立高速列车转向架构架的等效应力—疲劳强度可靠性模型。以某型高速列车转向架构架横侧梁连接处为对象,基于焊接结构疲劳试验和长期跟踪测试试验数据,对模型进行验证。结果表明:模型可用于评估构架的疲劳可靠性,可为焊接构架结构的进一步优化及全寿命周期管理提供依据;该型高速列车转向架的构架结构在1 200万km总运行里程的服役寿命下,其可靠度达99.36%,安全系数较高。     

桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋S-N曲线试验研究

研究目的:HRB500钢筋是桥上纵连板式无砟轨道中的主要受力钢筋,其在服役期间的疲劳特性是工程界十分关注的问题。为研究桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋的疲劳性能,本文首先进行HRB500钢筋的静力拉伸试验,在此基础上,对7种不同应力水平下HRB500钢筋进行对称拉压循环荷载下等幅疲劳试验。研究结论:(1)根据试验结果拟合得到了HRB500钢筋的S-N曲线;(2)依据相关规范对铁路工程结构物可靠度指标和纵向连接钢筋疲劳强度折减系数的相关规定,并参考英国BS 5400规范关于钢筋长寿命区S-N曲线的外推方法和由中值S-N曲线推导不同概率S-N曲线的相关规定,得到了可靠度指标4.2的适用于桥上纵连板式无砟轨道钢筋疲劳寿命预测的HRB500钢筋S-N曲线;(3)本研究成果可以为桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋疲劳寿命预测模型的建立提供试验依据。     

基于有限元技术的构件疲劳寿命计算

以转8A型转向架侧架为例,介绍了有限元技术应用于构件疲劳寿命分析的过程。按照"准静态"方法将有限元分析得到的静态应力与实测的载荷时间历程相结合得到模型上各点应力时间历程,结合ZG230 450材料的S N关系进行了结构整体的疲劳寿命计算。有限元分析软件是I DEAS,疲劳寿命分析软件是FE FATIGUE。     

国产1860级低松弛预应力钢绞线疲劳性能研究

阐述钢绞线疲劳破坏机理 ,介绍国外钢绞线疲劳试验研究成果 ,分析最近完成的 2 0多组国产钢绞线的疲劳试验结果 ,提出国产 1 860级低松弛预应力钢绞线 S -N曲线和疲劳强度特征值。     

多次返修焊对S355J2W＋N钢焊接接头中值疲劳寿命的影响

通过试验研究,分析了多次返修焊对S355J2W＋N钢MAG焊接接头中值疲劳寿命的影响.结果表明,2次返修焊、4次返修焊和6次返修焊的接头中值疲劳寿命与未返修的接头相比分别下降了21％、26％和41％,即随着返修焊次数的增加,接头中值疲劳寿命有下降的趋势.断口分析表明,疲劳断口明显分成裂纹源区、裂纹扩展区和最后断裂区3部分,裂纹源一般起源于表面或近表面缺欠.     

疲劳失效寿命概率分布的连续模型

材料疲劳失效寿命分布的一般模型是在给定存活率下的疲劳曲线，而强度分布的建立，是基于给定存活率下的S－N模型，通过函数概率变换的方法实现。在某些情况下，如进行复杂应力条件下的疲劳素损伤分布分析，疲劳失交寿命和应力幅水平的连续分布模型更有意义。本文通过建立疲劳失效寿命分布参数与应力幅水平的关系，提出了一种的疲劳失效寿命关于应力幅水平概率分布的连续模型。由于疲劳试验的长时间和高费用以及在某些情况下，试验会意外终止，得到的疲劳失效寿命样本通常是不完全样本。因此，采用截尾数据的极大似然参数估计。为了建立分布参数与应力幅水产的一般规律，对疲劳试验数据手册中提供的多种材料中有代表性的金属材料分组疲劳试验数据进行了分析，结果是，随着应力幅水闰的降低，疲劳寿命分布的均值和方差均单调增加，疲劳寿命分布的概率密度曲线形态随着均值的增加而变遍、变宽。尽管材料不同，试验方法不同，试验数据的来源也不同，但所表现出的规律却是相同的。其一，概率密度曲线随应力幅水平而变化的规律是相同的；其次，均值和方差与应力幅水平成乘幂关系。通过对大量试验数据的分析，得到了两个基本的经验关系，其一是疲劳寿命均值与应力幅水平的关系；其二是方差与应力幅水平的关系。     

基于样本信息重构的小子样P-S-N曲线拟合方法

为了在小子样条件下拟合出精度较高的P-S-N曲线,本文提出基于样本信息重构并符合疲劳寿命等效原理的极大似然法和基于样本信息重构的最小二乘法。样本信息重构有效解决了在部分相邻的应力水平下样本的对数寿命标准差与对数应力水平不呈线性关系的问题,同时该方法考虑了各应力水平下样本数量效应对整体样本分布的影响,有效降低了部分应力水平下小样本与异常样本对疲劳寿命均值与标准差的影响,保证疲劳寿命的等效精度。最后通过应用疲劳试验数据对本文提出的2种方法与传统的极大似然法和最小二乘法进行对比分析,结果表明基于样本信息重构并符合疲劳寿命等效原理的极大似然法拟合的P-S-N曲线精度高且偏于安全。     

LZ50车轴钢超长寿命旋转弯曲疲劳性能

使用旋转弯曲疲劳试验机在室温空气中测试LZ50车轴钢的S-N曲线以获得其在超长寿命区域的疲劳性能.结果显示,材料在弯曲5×106～109次时达到疲劳极限;在高于疲劳极限的应力范围,材料的S-N曲线满足三参数方程.对材料表面及断口的观察表明,疲劳裂纹始于材料表面铁素体组织,裂纹起始位置的断口上没有夹杂物等材料缺陷存在.上述结果与既有文献报道的研究结果不同,既有文献认为夹杂物在超长寿命区引起疲劳破坏.为了阐明LZ50车轴钢中夹杂物是否会引起材料在超长寿命区的疲劳破坏,使用测定的裂纹扩展门槛值和断裂力学理论分析了夹杂物引起车轴钢疲劳裂纹扩展的临界尺寸.     

基于动应力试验的转向架构架疲劳寿命预测

对某地铁车辆转向架的构架进行了在线动应力试验,通过试验得到了实测的应力—时间历程,根据疲劳危险点的选取原则选出几个疲劳危险测点对其进行评估,然后运用雨流法对疲劳危险测点的应力—时间历程进行循环计数后编制出二维应力谱,最后结合存活率为95%的16Mn钢试样疲劳P-S-N曲线,应用Miner线性疲劳累积损伤理论对该地铁转向架构架进行了疲劳寿命的预测。     

用虚拟疲劳样机技术分析转8A型转向架侧架的疲劳寿命

虚拟疲劳样机技术在计算机虚拟现实环境下，以计算机辅助设计（CAD），有限元法（FEM）和多体系统力学分析（MBSDS）为基础，通过数值仿真计算，得到实际构件上的应力分布，再根据这些应力以及作用在构件上的通过数值仿真得到的随机载荷和相应的材料特性曲线，应用疲劳分析软件（MSC／FATIGUE），预测实际构件的疲劳寿命，采用虚拟疲劳样机技术，预测了转8A型转向架侧架的疲劳寿命，从计算所得的相应的疲劳寿命分布图中，可直观的判断出转8A型转向架侧架的疲劳寿命薄弱位置，即侧架最可能发生疲劳失效的位置为轴箱转角处，该计算结果与试验结果有良好的一致性，为今后进行转8A型转向架的可靠性设计提供了必要的计算依据。     

基底脱空条件下重载铁路隧道铺底结构疲劳性能试验研究

结合重载铁路隧道基底脱空病害特征,设计基底脱空条件下隧道铺底结构疲劳试验装置,并考虑隧道基底无水、富水环境等因素,开展隧道铺底脱空病害下的结构疲劳试验.基于试验结果的分析,探讨脱空条件下隧道铺底结构的疲劳演化特性,拟合得到300 mm脱空条件下隧道铺底结构试件疲劳寿命演化曲线.研究结果表明:基底脱空条件下,隧道铺底结构疲劳性能呈"倒S型"演化趋势,结构疲劳寿命随着应力水平增大而显著缩短;受地下水的影响,富水环境隧道底部结构疲劳寿命显著短于无水环境,且随着应力水平的升高,缩短的比例也越大;建立的基底脱空条件下隧道铺底结构疲劳寿命演化曲线,可用于隧道底部结构损伤状态的评价.     

基于实测载荷谱的转K6转向架摇枕的疲劳寿命仿真分析

针对转K6型转向架摇枕,运用有限元理论对构件疲劳寿命进行分析。首先对摇枕进行三维实体建模和有限元应力分析,其次按准静态法得到实测载荷下摇枕各处的应力谱,最后结合B级铸钢的S-N曲线,得出了该摇枕在不同疲劳降低系数下的疲劳寿命,与摇枕疲劳试验结果相近。     

基于缺口应力法的转向架焊接接头疲劳性能分析

缺口应力法作为焊接结构疲劳设计的新方法以其较高的准确性而得到越来越广泛的应用。鉴于铁道车辆焊接结构尚未建立可靠的缺口疲劳寿命曲线,根据当前转向架焊接接头疲劳试验所提供的数据进行了缺口疲劳分析。疲劳试验名义应力数据源自构架常用材料S355J2所生产的2种焊接接头试样,包括低缺口效应的对接接头和高缺口效应的十字角接头。采用经验公式法和有限元方法对焊接接头的焊趾焊根缺口应力集中系数进行了分析,联合疲劳试验下的名义应力数据建立了转向架焊接接头的缺口疲劳寿命曲线。通过与IIW标准推荐的缺口疲劳曲线FAT225相比较,该曲线具有相当的疲劳等级和更小的曲线斜度;同时从差异系数的角度证明了缺口应力法比名义应力法具有更小的分散性。     

西韩城际铁路路基水泥改良黄土疲劳特性及影响因素

以西韩(富平—韩城)城际铁路为研究背景,采用静压法制备圆柱体水泥改良黄土试件,通过劈裂疲劳试验研究水泥掺量、压实系数对水泥改良黄土疲劳特性的影响规律,基于Weibull分布建立了不同失效概率下水泥改良黄土的疲劳寿命方程,并对设计年限内水泥改良黄土疲劳寿命进行预估.结果表明:水泥改良黄土疲劳寿命服从双参数Weibull分...