基于线路测试结果的转向架构架牵引电机振动试验载荷谱研究

忽略对结构疲劳损伤贡献较小的高频信号和小幅循环的影响，对牵引电机振动载荷进行雨流计数处理，获得三维载荷谱。基于应力均值大于0的Haigh疲劳曲线，构建平均载荷修正方法，将三维载荷谱转换为二维载荷谱。将测试载荷谱扩展至全寿命运行里程，以载荷谱特征参数一致为准则，推断全寿命运行里程下的最大载荷幅值，确定全寿命载荷谱。参考FKM提供的方法，计算变幅循环系数，确定了对应变幅循环的等效恒幅载荷计算方法，构建构架牵引电机振动载荷疲劳试验的恒幅载荷谱。建立有限元分析模型，分别以全寿命里程下的变幅循环和构建的等效恒幅循环载荷谱作为输入，计算了构架电机安装座与横梁上盖板间焊接接头的疲劳强度。计算结果表明，变幅循环和等效恒幅循环载荷谱作用下的结构疲劳强度薄弱区域一致，节点材料利用率最大值分别为0.277 0和0.326 5。构建的等效恒幅循环载荷谱偏于保守，能够有效指导构架疲劳强度试验。     

在多轴非比例加载下车轴钢的循环塑性本构行为的研究

本文系统、深入地研究了用于电力机车传动轴的４２ＣｒＭｏＡ车轴钢的多轴非比例循环塑性本构行为。文中应用薄壁圆管试样在室温下进行了一系列拉扭组合的应变控制循环试验。试验结果表明：４２ＣｒＭｏＡ车轴钢是一种循环软化材料，在非比例循环加载下，材料仍将产生非比例附加强化，但这种强化不显著。研究结果还发现，在非比例循环加载下，材料产生各向异性塑性应变，其应力应变曲线中应力峰值与应变峰值之间存在明显的滞后现象。     

车轮滚动接触疲劳裂纹萌生寿命预测

利用有限元软件ABAQUS建立带缺陷孔的车轮二维有限元模型,循环塑性本构关系采用LemaitreChaboche非线性各向同性/随动硬化循环塑性模型,通过在滚动接触表面上施加移动法向分布压力和切向分布力模拟反复滚动过程。采用Jiang-Sehitoglu损伤参量和基于临界平面法的疲劳裂纹萌生寿命模型,分析循环载荷大小、缺陷孔深度和摩擦因数等因素对车轮缺陷孔处损伤参量及滚动接触疲劳裂纹萌生寿命的影响规律。结果表明:经过反复施加10次循环载荷,车轮材料缺陷孔处应力应变响应逐渐趋于稳定。循环载荷大小、缺陷孔深度和摩擦因数等因素对车轮缺陷孔处损伤参量和滚动接触疲劳裂纹萌生寿命的影响比较明显。疲劳裂纹萌生寿命随着循环载荷与摩擦因数的增加而增大,随着缺陷孔深度的增加而逐渐减小。     

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。     

考虑硫化冷却效应的橡胶元件疲劳寿命预测方法

以有效应变为疲劳损伤参量,利用哑铃状橡胶试样的疲劳测试数据,建立了橡胶材料的疲劳寿命预测模型。以某型拉杆球铰为疲劳寿命预测研究对象,分别对考虑和未考虑硫化冷却效应的疲劳工况进行了有限元分析,并计算出对应的有效应变幅值。利用所建立的疲劳寿命预测模型对拉杆球铰的疲劳寿命进行了分析预测,并与疲劳试验结果进行了对比验证。结果表明,在考虑硫化冷却效应的基础上,以有效应变为损伤参量的疲劳寿命预测模型能够有效预测出球铰类橡胶元件的疲劳寿命。     

货车铸钢侧架随机载荷谱下的疲劳寿命预估研究

本文以实测的转８Ａ铸侧架随机载荷谱为依据，采用的ＺＧ２３０－４５０铸钢材料的有关材料参数和Ｓ－Ｎ曲线，用局部应力－应变法加上断裂力学方法估算了该侧架的疲劳总寿命，并与名义应力法计算结果进行了比较，计算表明，两种方法所得的疲劳总寿命基本是一致的，本文还对侧架在恒幅脉动载荷作用下用局部应力－应变所得的侧架疲劳裂纹形成寿命进行了实验验证，其结果也是令人满意的。     

CRTSⅡ型无砟轨道CA砂浆变形及力学特性动三轴试验研究

CA砂浆是板式无砟轨道的关键组成部分,起弹性垫层的作用。为研究CRTSⅡ型CA砂浆在围压和荷载幅值耦合作用下的变形及疲劳后力学特性,采用GDS三轴仪在5种荷载幅值(0.3,0.35,0.4,0.45,0.5 kN)和4种围压(0,200,400,600 kPa)作用下进行室内动三轴试验,得到累积应变及疲劳后峰值强度的变化规律,并对影响疲劳后峰值强度的荷载幅值和围压进行二元线性回归分析。结果表明:疲劳后的峰值强度随荷载幅值的增加而线性降低,随围压的增加而线性增加;围压增大,荷载幅值对峰值强度的影响减弱,荷载幅值增大,围压对峰值强度的影响作用增强;荷载幅值和围压二元线性回归分析的相关系数为0.973;同一围压下,累积应变随循环次数增加而增加,增长速度渐渐变缓;同一循环次数下,累积应变随荷载幅值的增加而增加,且随着围压增大,荷载幅值对累积应变的影响减弱。     

低周疲劳寿命预测的损伤理论方法

疲劳是材料的一种重要的破坏现象，但长期以来疲劳寿命的预测在一些方面还缺乏坚实的理论基础，本文基于作者在文献中提出的内时-损伤本构理论。提出了一种预测低周疲劳寿命的新方法，并得出了三种特殊情况下疲劳寿命的预测公式：(1)对称拉压应变疲劳；(2)对称剪切应变疲劳；（3)对称拉压-剪切比例耦合应变疲劳，本文提出的疲劳寿命预测方法可以用来计算各种复杂加载情况下的疲劳寿命。作者通过黄铜单轴对称拉压低周疲劳试验，验证了本文提出的方法，本文为低周疲劳寿命预测提供了一种统一的方法。     

人工蚀坑对复杂应力场下钢桥焊接接头疲劳寿命的影响

为研究人工蚀坑对复杂应力场下钢桥焊接接头疲劳寿命的影响规律,以45°倾角全熔透承载角焊缝十字形焊接接头为研究对象,构造两种不同深度的人工半球形蚀坑模拟实际腐蚀情况;对不同蚀坑深度下的焊接接头进行轴向拉伸疲劳试验,建立疲劳缺口系数与蚀坑深度的关系;提出一种考虑蚀坑深度和应力幅的腐蚀疲劳寿命影响系数定义方式。结果表明:在相同蚀坑半径下,随着蚀坑深度的增加,疲劳缺口系数及其变化率均增大,疲劳缺口敏感系数为0.389;不同蚀坑深度和应力幅下焊接接头的疲劳寿命不同,蚀坑深度对疲劳寿命的影响更灵敏;基于腐蚀疲劳寿命影响系数得到的疲劳寿命预测值与试验值最大相对误差为-21.5%,表明两者吻合较好,因此环境腐蚀下应综合考虑蚀坑深度和应力幅对焊接接头疲劳寿命降低程度的影响。     

考虑变应力幅非线性累计损伤的高速铁路钢桁拱桥疲劳分析

为分析钢结构桥梁在变应力幅循环条件下的疲劳寿命,基于非线性累计损伤方程,建立考虑变应力幅的疲劳损伤指标计算公式。以某高速铁路钢桁架拱桥为例,对比分析线性方法、等效应力幅法、递推法以及本文方法求解得到的疲劳寿命。研究结果表明:线性模型的计算结果偏小,等效应力幅法的计算误差随应力幅差值的增大而增大,递推法的计算精度高但运算量太大,本文提出的方法不仅能客观地反应疲劳损伤的过程,计算量小,而且计算结果与递推法的计算结果基本相同。对于钢桁架拱桥,竖腹杆的疲劳寿命最低,且同一根杆件的不同位置疲劳损伤相差往往很大,以竖腹杆为例,该类杆的下端、靠铁轨处的疲劳寿命最低,容易出现疲劳问题,在构造设计、施工质量方面应更加予以关注。     

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。     

基于多体动力学和有限元法的车体结构疲劳寿命仿真

提出一种多体动力学仿真和有限元法相互结合进行结构疲劳寿命预测的方法,并以机车车体结构为例进行了疲劳寿命计算。利用SIMPACK的多体仿真技术获得车体结构的动载荷历程;在ANSYS中利用准静态应力/应变分析法计算结构危险节点应力影响因子;根据模态分析技术确定车体结构固有频率和模态振型以及危险点位置。最后,基于动应力历程以及Palmigren-Miner损伤理论,利用FE-FATIGUE软件的基于应力的结构安全因子分析法对车体结构进行疲劳寿命预测,其中包括应力应变的循环计数、损伤预测和最终寿命估计。     

结合钢桁梁活载作用下钢与混凝土弹性模量比的试验研究

因芜湖桥结合钢桁梁的设计需要，对C50混凝土疲劳荷载作用下的弹性模量做了试验，研究了混凝土的持续弹性模量，瞬时弹性模量，残余应变随疲劳次数，应力水平和应力幅的变化情况以及残余应变的恢复情况。由此提出了几种活载作用下钢与混凝土的弹性模量比取值的处理方法，供芜湖桥结合钢桁梁梁设计参考。     

客车随机响应计算与车轴疲劳寿命预测

将车辆系统在随机轨道谱激烈下的动力响应与疲劳强度理论结合起来，以客车及ＲＤ３轴为例，进行了客车的随机响应计算与车轴响应谱的建立，并在此基础上，运用局部应力应变法和累积损伤理论进行了车轴疲劳寿命估算和可靠性分析，为新型车辆结构的随机疲劳寿命估算和可靠性设计提供了一种有应用意义的方法和途径。     

一种基于低周疲劳特性的含缺陷车轴剩余寿命预测模型

车轴几何约束和外部环境的特殊性,使得压装部、卸荷槽及过渡圆角易于形成缺陷或者微裂纹,该缺陷或微裂纹已成为高速列车运营的重大安全威胁。深入研究微裂纹的演变规律,准确预测含缺陷车轴的剩余强度和寿命,制定出合理、经济的无损检测周期,迫在眉睫。基于平面应力Ⅰ型裂纹尖端修正的RKE奇异场和循环塑性应变能准则,考虑应变硬化材料的小范围屈服行为,通过引入适用于正负应力比的裂纹闭合函数实现对裂纹闭合与近门槛区行为的模拟,提出一种基于材料低周疲劳特性的伤损车轴疲劳裂纹扩展寿命模型。结果表明,该模型的预测曲线与不同厚度标准试样得到的疲劳开裂数据吻合良好,可以用于承受典型旋转弯曲加载的铁路车轴的剩余寿命预测。     

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。     

地铁荷载下隧道周围粉性土变形的影响因素

针对地铁循环荷载作用下饱和粉性土的变形特性,对上海地铁10号线国权路站附近的饱和粉性土进行GDS(Global Digital Systems)循环三轴试验。试验结果表明:动应力幅值和固结比一定,累积塑性应变随振动频率的增大而变小;固结比和振动频率一定时,累积塑性应变随动应力幅值的增大而增大;动应力幅值和振动频率一定时,累积塑性应变随固结比的增大而增大。通过正交表L_8(2~7)进行安排试验,同时借助编码技术对变量进行分析,得到隧道轴向变形的回归方程,并考虑动应力幅值、固结比和振动频率等因素对回归方程显著性和失拟性进行检验。研究结果表明:该方程是可信的,影响地铁隧道轴线变形的主要因素是动应力幅值,其次是频率和固结比。研究成果对地铁隧道设计具有参考价值。     

基于虚拟样机技术的机车车辆结构疲劳寿命仿真

提出一种多体系统仿真和有限元分析相互结合进行虚拟样机疲劳寿命预测的方法.该法用于处理随机动载荷作用下转向架构架的疲劳设计.作用在复杂结构上的时变动载荷历程可以通过应用多体系统分析软件SIMPACK的多体仿真技术获得.在ANSYS中利用单位载荷作用下的准静态应力/应变分析技术计算结构危险节点应力及关键区域.模态分析技术用来获得结构固有频率和模态振型.基于危险应力状态(包括单轴,成比例和非比例多轴)、动载荷时间历程以及Palmigren-Miner损伤理论.最后利用FE-FATIGUE软件的安全强度因子分析法进行标准时域的结构疲劳寿命预测,其中包括应力应变的循环计数,损伤预测和最终寿命估计.     

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。     

基于刚度下降的混凝土梁疲劳累积损伤模型的研究

通过疲劳试验，引入剩余刚度和累积损伤值的概念，研究钢筋混凝土梁由于疲劳累积损伤而造成的刚度衰减规律。结果表明：荷载循环初期刚度衰减较快，且不稳定，这一阶段约占疲劳寿命的5％～10％；材料物理性能的变化规律基本稳定后，刚度衰减速率基本为一定值，剩余刚度与循环次数之间基本呈线性关系，这一阶段约占疲劳寿命的80％～90％；接近疲劳寿命时，刚度急剧下降，直至疲劳破坏，这一阶段约占疲劳寿命的3％～5％；在疲劳破坏时，混凝土梁的剩余刚度降为初始刚度的70％。基于钢筋混凝土梁疲劳的第二阶段约占疲劳寿命的85％，且在此阶段剩余刚度与循环次数之间基本呈线性关系，建立了钢筋混凝土梁累积损伤值D与循环寿命比N／Nf之间关系的数学模型。在工程应用中，可以以累积损伤值D-1作为失效判据，通过少量循环的疲劳试验确定混凝土梁刚度衰减速率k的大小，然后由D=3．317k（N／Bo）来预测钢筋混凝土梁的疲劳寿命。