基于Monte Carlo模拟的概率疲劳S-N曲线修正

系统介绍了服从客观疲劳分散性规律、保证服役范围预测合理的概率疲劳s_a-N曲线的科学原则与方法,包括保证高应力幅范围疲劳寿命均方差为正、科学确定概率疲劳s_a-N曲线的极大似然法,以及把概率疲劳s_a-N曲线合理延续到超长寿命范围的"协同概率外推法"和不完善疲劳可靠性数据的重构法。根据收集到的42CrMo合金结构钢旋转弯曲疲劳极限数据,应用Monte Carlo模拟法,同时考虑置信度和超长寿命范围,且控制样本数在5~15范围,从而实现了试验数据与统计参数的高精度重构还原。     

LZ50钢材料试样与车辆实轴的概率疲劳极限

采用小子样升降法,完成了LZ50钢7.5mm光滑圆棒、9.5mm光滑圆棒、9.5mm缺口(Kt=4.728)圆棒和车辆实轴4种试样的旋转弯曲疲劳试验。疲劳极限数据分别用常规法和经完善的局部随机BasquinSN关系法获得。基于疲劳极限服从正态分布,分别给出了用上述2种方法获得的4种试样的概率疲劳极限测定结果。结果表明常规法估计的疲劳极限数据偏于危险,宜采用局部随机BasquinSN关系法获取。     

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.     

铁道车辆疲劳可靠性设计Goodman-Smith图的绘制与应用

研究铁道车辆疲劳可靠性设计Goodman-Smith图的绘制及其应用方法.提出基于中短与长寿命概率疲劳S-N曲线,确定任意可靠性水平的疲劳强度,以及计算疲劳可靠性设计Goodman-Smith图中转折点坐标的全概率方法.研究表明：以车轮旋转一周、疲劳主应力交变一次为基本循环特征,疲劳寿命用行驶里程表示,以万km为基本单位来绘制铁道车辆的疲劳可靠性设计Goodman-Smith图较为合理.当结构的设计寿命和循环特征与Goodman-Smith图存在差异时,引入换算系数进行修正;当结构部件的疲劳载荷模式与绘制Goodman-Smith图试样的试验载荷模式存在差异时,引入折算系数进行修正;当结构部件的结构形状与尺寸、表面质量、环境条件等可能与绘制Goodman-Smith图的试样存在差异时,引入相应修正系数进行修正;分别给出了上述3种修正系数的表达式.并以LZ50钢疲劳可靠性设计Goodman-Smith图的绘制、修正及其在铁道车辆车轴设计中的应用为例,验证了方法的可行性.     

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。     

40车轴钢疲劳性能的试验研究

本文通过对４０车轴钢的疲劳性能进行试验研究，利用升降法测出了疲劳极限，结合成组试验法出了Ｐ－Ｓ－Ｎ曲线及修正的Ｇｏｏｄｍａｎ疲劳极限线图。     

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。     

基于小样本数据的构件疲劳破坏全寿命区S—N曲线

针对传统S—N曲线在构件疲劳破坏全寿命区适用性不强的问题,采用单点试验法对闪光对焊连接的HRB400高强钢筋标准试件进行高周疲劳试验,得到一系列小样本数据;然后基于小样本数据研究并提出适用于构件疲劳破坏全寿命区的双对数双折线S—N曲线。利用提出的改进肖维奈准则对第1段折线的试验数据进行取舍,然后根据一元线性回归原理得到第1段折线的方程;基于三参数幂函数曲线得到第2段折线的斜率和升降法确定的疲劳强度,求得第2段折线的方程;将2段折线方程联立,得到适用于构件疲劳破坏全寿命区的双对数双折线S—N方程。在此基础上,进一步研究并提出考虑置信度和可靠度条件下适用于构件疲劳破坏全寿命区的双对数双折线S—N曲线的计算方法。     

8822H钢渗碳淬火齿轮弯曲疲劳强度试验研究

采用单齿弯曲脉动加载试验方法,进行了8822H渗碳淬火齿轮的弯曲疲劳强度试验。根据试验所得数据,按统计学原理拟舍出P-S-N曲线,并获得各种可靠度下的弯曲疲劳极限应力值,为该材料齿轮的弯曲疲劳可靠性设计、有限寿命设计提供了真实的试验依据。     

高强度钢板焊接接头疲劳性能研究

为探索转向架构架轻量化之路,文章采用典型焊接接头疲劳试验方法,对WYS700、Q460ME、16MnDR三种不同强度等级的钢板进行了对接焊接接头疲劳性能测试,根据测试数据绘制了这三种钢板对接焊接接头的S-N曲线,并与IIW标准中规定的对接接头的疲劳极限进行了对比。结果表明:WYS700、Q460ME、16MnDR三种焊接接头在极限疲劳寿命(循环次数N=10⁷)下,疲劳极限分别为203.75 MPa、198.88 MPa、203.33 MPa,三者相差不大,WYS700、Q460ME的S-N曲线斜率相近,16MnDR的S-N曲线斜率比前两者小,曲线显得更加平缓,说明在现有的焊接工艺下,通过提升母材强度不能提升焊接接头疲劳强度;与IIW标准中规定的对接接头在N=10⁷下的疲劳极限41.5 MPa,N=2×10⁶下的疲劳极限71 MPa相比,三种材质的焊接接头试验值远大于该标准要求值。     

亚临界淬火对LZ50钢车轴性能的影响

对LZ50钢车轴亚临界淬火前后的力学性能、晶粒度以及车轴表面残余应力的变化进行了试验,分析了亚临界淬火对LZ50钢车轴拉伸性能和表面质量的影响。试验表明,亚临界淬火对车轴拉伸性能无明显影响,然而车轴表面的残余应力变化很大,可由拉应力改变为压应力,而且通过优化加工工艺,表面压应力的增幅会更大,说明亚临界淬火能有效提高车轴的疲劳寿命。     

40Cr钢超高周疲劳性能及疲劳断口分析

采用超声疲劳试验方法研究40Cr钢在105周次～1010周次范围内的疲劳性能,其载荷频率为20kHz。用扫描电子显微镜分析了疲劳断口形貌特征。结果表明,40Cr钢的S N曲线始终保持下降趋势,且随疲劳循环数的增加,在106周次处并没有传统意义上的水平段;107周次疲劳强度为443MPa,1010周次疲劳强度为235MPa,二者存在明显差别;超声疲劳断口的扫描电子显微分析结果表明,40Cr钢超声疲劳断口显微形貌与常规疲劳载荷下的疲劳断口形貌无明显差异,疲劳裂纹在光滑试样表面或近表面材料缺陷处萌生,扩展区断口显微形貌观察到明显的疲劳辉纹。     

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。     

含异物击打伤高速动车组车轴疲劳寿命预测

基于高速动车组EA4T车轴疲劳小试样,采用正方体状钨钢弹丸高速冲击其表面,以模拟车轴表面异物击打伤;采用旋转弯曲疲劳试验方法进行光滑和缺陷试样疲劳性能试验;采用Abaqus软件,模拟分析缺陷附近区域的残余应力;构建基于疲劳指示参数(Fatigue Indicator Parameter,FIP)的缺陷小试样和含击打伤实物车轴疲劳寿命预测模型,并进行台架试验验证。结果表明:小试样疲劳寿命试验数据均在预测值的2倍线内,实物车轴疲劳寿命预测模型与车轴台架试验结果一致,小试样和实物车轴疲劳寿命模型预测结果准确;动车组动力车轴运用检修中深度小于1.0 mm的击打伤类缺陷可不做打磨或其他处理。     

“先锋”号动车组用实心车轴替代空心车轴可行性研究

"先锋"号电动车组原设计采用空心车轴,但由于国内空心车轴制造工艺尚不成熟,在服役中存在备用轮对供应困难的问题。本文在对比计算"先锋"号电动车组空心车轴和实心车轴的结构强度、车辆动力学性能影响的基础上,提出了采用LZ50钢实心车轴替代35CrMo空心车轴的解决方案,并在装车运行中得到了验证。     

提高铁路车轴疲劳性能的表面强化处理技术

文章介绍曰前国内外多种提高铁路车轴疲劳性能表面强化处理方法的特点及应用情况,并将近几年来发展迅速、并具有很大推广价值的超声冲击强化处理方法应用到铁路车轴的表面强化处理上,以期提高车轴使用寿命。通过对LZ50车轴钢进行超声冲击强化处理,在LZ50车轴钢表面上获得一层塑形变形层,在表面硬度提高的同时,表面粗糙度值降低,且存在有较高的残余压应力。而这些特性均将有利于提高车轴的疲劳性能。     

大轴重铁路货车车轴用LZ45CrV钢研究

研究了大轴重铁路货车车轴用LZ45CrV钢的高温力学性能、应力-应变、冷却速度对组织的影响以及静态力学性能。结果表明:LZ45CrV钢AC1为782℃、AC3为846℃;LZ45CrV钢在800℃~1200℃温度范围内无脆性区,热变形过程中仅发生加工硬化及动态回复,不发生动态再结晶,应变强化效应随着温度的降低无明显变化;冷却速度时LZ45CrV钢组织影响较大;LZ45CrV钢经860℃正火+600℃回火处理后,钢的强韧性能匹配良好。     

正交异性板U肋与桥面板焊缝连接的静力及疲劳试验研究

为了研究正交异性钢桥面板中闭口纵肋与桥面板连接处纵向焊缝的疲劳性能,分别以焊缝形式、对接间隙、焊接方式和加栽方式为变化参数,设计了14个U肋试件,进行了静力和疲劳加载试验,得到了各个试件在不同应力幅值下的疲劳循环次数,并通过统计回归分析,分别得到了U肋和桥面板处角焊缝连接和熔透焊缝连接的疲劳S-N曲线及其疲劳分级.试验...     

H型钢接触网支柱在风荷载作用下的疲劳性能分析

H型钢接触网支柱在高速铁路中得到广泛使用,直接影响铁路接触网系统安全。长期处于风荷载作用下,H型钢接触网支柱存在疲劳问题。通过建立数值计算模型,应用热点应力的表面外推法,对H型钢接触网支柱柱脚焊缝在风荷载作用下的疲劳性能进行分析。以兰新高铁H型钢接触网支柱为例,依据热点应力-寿命曲线,计算支柱焊缝的疲劳寿命。分析结果表明:其他条件不变的情况下,改变型钢规格和柱高,热点位置不发生变化;随着支柱高度增加,疲劳寿命降低21%左右;随着型钢截面的增大,疲劳寿命增加23%左右。