考虑低载荷强化效应的汽车转向节疲劳分析

本文中基于试验场强化道路实车测试,结合零部件有限元动力学仿真和疲劳耐久性能仿真,探求考虑小载荷强化效应与Miner准则两种疲劳分析方法对汽车零部件疲劳寿命预测的差异性。通过室内实车振动测试与有限元仿真联合分析,确定前转向节疲劳损伤危险点(即路试应变监测点);提取试验场强化道路实测应变监测点应变时间历程,经过预处理、时域加速、雨流矩阵外推和载荷谱分级得到10级等效应力谱。结合低载荷强化理论和线性累积损伤理论对10级等效应力谱的疲劳效应和损伤效应进行分析,相对于传统Miner准则而言,考虑了小载荷强化效应使构件在加载过程中疲劳极限呈现上升规律,进而需要修正构件S-N曲线(简化),较初始S-N曲线向上偏移,基于修正后构件S-N曲线并应用线性疲劳损伤累积理论预估的转向节疲劳寿命较Miner准则提高了40.6%。此种方法考虑了材料强化行为的影响,一定程度上弥补了Miner理论未考虑各级载荷间相互影响和材料硬化瞬态行为影响的缺陷,对实际零部件疲劳寿命估计与轻量化设计提供新的参考。     

新能源动力电池包箱体挤压失效数值分析

针对新能源动力电池包箱体在挤压时,出现的大面积材料撕裂失效行为,提出一种基于广义增量应力状态依赖性损伤模型（GISSMO）材料断裂准则,采用LS-Dyna软件进行有限元分析建立实验数值模型的方法,通过设计失效物理样件,开展材料单向拉伸实验、胀形实验,标定不同应力三轴度状态下的失效塑性应变值,同时引入累积损伤参数以考虑累积损伤因素的影响。运用三点弯曲实验,矫正材料失效本构模型,通过比对箱体的挤压实验与仿真模拟结果,发现材料的失效区域、位置及过程失效行为均有较好的一致性,挤压力位移曲线的吻合度较高,验证了所得的基于GISSMO材料断裂准则失效计算模型,可以准确预测动力电池包箱体受到挤压破坏时产生的裂纹产生、材料失效问题。     

基于Corten-Dolan累积损伤准则的等效等幅疲劳应力幅值计算方法

利用Miner线性累积损伤准则和Corten-Dolan累积损伤准则,按照多级变幅荷载或随机荷载损伤度相等的原则,推导出了等效的等幅疲劳应力幅值计算公式,介绍了该公式应用于疲劳细节评估或疲劳寿命估算的方法。利用钢筋混凝土梁疲劳试验得到的S-N曲线和S-N方程,针对同批3根钢筋混凝土梁的随机疲劳试验结果,对该公式及方法进行了检验。结果表明,该公式计算结果具有较高的精度,与试验结果较接近且偏安全。该公式操作较方便,适合工程应用。     

基于动力监测连续刚构桥梁测点优化综合评价

对有效独立法、逐步消减法、逐步累积法、EI及MAC混合算法、基于EI的逐步消减法、基于EI的逐步累积法、遗传算法、猴群算法8种不同的传感器优化布点算法在大跨径连续刚构桥中的应用进行对比分析。将这些算法应用到某大跨径连续刚构桥上,对比了各种算法优化侧重点的不同以及优化效果的差异。并采用均方差、MAC矩阵非对角元的最大值及Fisher信息矩阵行列式的值、振型矩阵的条件数4个准则对传感器布置的优化效果进行对比分析,最后将4种评估准则综合起来取平均值建立了测点优化算法结果的综合评价体系。分析结果表明:在进行传感器的优化布设时,必须用多种准则对不同优化算法的结果进行对比分析,选择综合得分最高的那一个。     

基于柴油机考核工况的活塞高周疲劳寿命预测

针对柴油机台架耐久性试验规范规定的柴油机考核方法及工况,建立了多工况循环载荷作用下活塞高周疲劳寿命预测流程;采用Abaqus有限元分析软件建立活塞温度及应力计算模型,通过与试验数据对比进行模型标定,计算了各工况下活塞温度场及应力;采用Femfat软件考虑温度场及各种修正因素的影响对活塞单工况下高周疲劳寿命进行预测,采用双线性累积损伤准则对柴油机考核工况下活塞疲劳寿命进行预测。结果表明:采用双线性累积损伤准则可便捷地进行多工况周期性载荷下活塞高周疲劳寿命预测;活塞冷却油腔位置处寿命最低,但可满足柴油机考核使用要求。     

基于有限元方法的复合钢混凝土桥梁热点应力分析研究

通过建立复合钢混凝土疲劳危险部位焊接构件的三维有限元模型,围绕桥梁交通荷载作用下局部热点应力和疲劳损伤累积进行分析,获得合适的在役钢-混凝土桥梁关键焊接构件的疲劳损伤评价方法。研究结果表明:采用大桥有限元模型进行动力特性分析,模型计算固有频率和实测值最大误差在10%以内,计算的动力特性和设计测试阶段特性相符;钢混凝土桥梁纵向加劲桁架细节热点应力区域出现在上下弦杆与对角撑、盖板连接处,与焊缝构件最大疲劳损伤位置一致,主梁框架热应力出现在靠近公路外侧梁腹板连接处;通过线性米勒准则获得的疲劳损伤累积呈线性变化,在高周疲劳损伤初期损伤率增长较慢,后期较快,适用于在役结构疲劳寿命评价。     

视觉干预延长沥青路面使用寿命的方法与效果

为改变沥青路面车辆轮迹的分布规律,使沥青路面承受荷载趋于均匀,提出了视觉干预方法及其适用条件,根据上三高速公路的观测结果,基于Miner疲劳累积损伤准则,计算分析了视觉干预的效果,结果表明,采用该方法可延长沥青路面使用寿命17％。     

基于多致伤部件的乘员损伤严重程度分析与预测

为确定碰撞事故中致伤部件对乘员损伤严重程度的影响,从陕西长安大学机动车物证司法鉴定中心数据库中筛选400例致伤事故的数据进行分析。建立二元逻辑回归模型,对事故过程中乘员损伤部位、直接致伤部件和间接致伤部件等因素进行分析,结果表明:乘员损伤身体区域、损伤部位的前后位置等对乘员损伤严重程度有显著影响;其中直接致伤部件中BD区域(车顶部)的比值比(OR值)达到1.549,间接致伤部件中环境部件的比值比达到1.489,对损伤严重程度影响最为显著。最后,通过AdaBoost-SVM模型对乘员损伤严重程度进行预测,预测结果准确率可达到80.36%。     

国际现行钢结构公、铁路桥梁疲劳设计规范综述

桥梁达到设计寿命的关键之一是有足够的疲劳强度.对比美国、英国、欧盟和日本规范中钢结构桥梁疲劳设计核心得出:疲劳安全判定准则相同;基本分析计算的标准疲劳动载车型数量上有不同,但无实质区别;均采用米诺累积损伤准则进行多峰值载荷循环条件下的疲劳设计;均进行疲劳强度等级划分,并给出相对应的S～N曲线修正;载荷阻力因子设计通过采用精细的安全系数使疲劳破坏概率在可接受的范围.对疲劳设计准则:英国对公路桥采用三级循序渐进、疲劳应力和使用年限控制相结合法;美国采用分别对应常规、极限工况强度的准则Ⅰ、Ⅱ;欧盟采用绝对安全设计和损伤容限设计法;与美欧不同之处是日本采用带有2个疲劳稳定极限的S～N曲线.提出需对拉伸平均应力效应、疲劳稳定极限、定量的低周疲劳计算等方面进一步研究.     

轿车悬架耐久性试验载荷谱的优化研究

文中旨在研究评价轿车悬架耐久性试验载荷谱的优化方法.根据材料的低载强化特性,提出了一种综合考虑强化和损伤效果的无效载荷评价原则;接着对比分析了采用两种不同的无效载荷删除准则对某轿车悬架耐久性试验载荷谱进行处理的结果,包括强化与损伤载荷的保留比例和载荷谱的长度对原载荷谱总体特征的影响;最后据此提出载荷谱优化处理应遵循的原则.     

基于刚度灵敏度分析的宽体货箱优化设计

建立了某新型宽体货箱有限元模型,对其进行静刚度分析,并利用DHDAS静态信号采集分析系统对宽体货箱进行刚度试验,比对分析和试验结果,验证了有限元模型。以货箱最小质量为优化目标,部件厚度作为优化变量,建立优化模型。通过验证后的有限元模型对宽体货箱进行灵敏度分析,定义了刚度和质量综合影响程度的衡量优化指标,确定了尺寸优化的主要部件。经过优化,货箱质量降低了12.7%;弯曲刚度提高了6.05%,扭转刚度提高了1.3%。本文优化方法为货箱优化设计提供了参考价值。     

基于长期损伤累积作用下隧道结构的抗震动力学分析

考虑地铁隧道因初始损伤缺陷长期累积作用对结构所造成的影响,以北京地铁10号线双井站为工程背景,引入相关文献提出的刚度折减理论,探索了对初始损伤缺陷的简化描述;在此基础上利用FLAC 3D有限差分软件,进行了部分嵌入初始损伤缺陷模型的二次程序设计,对含初始缺陷累积效应的地铁隧道在运营动载作用下抗震动力学行为进行了数值仿真研究。结果表明,初始损伤缺陷在长期的累积作用下,对隧道结构的抗震性能有一定的影响;通过分析不同运营阶段的抗震动力响应结果,可以发现随着隧道结构损伤缺陷的不断累积,即刚度的减小,隧道结构中的某些关键控制点,如拱肩、仰拱和拱顶的位移均出现增大的趋势,其应力均表现出不同程度的衰减,且隧道结构周边土体的剪切破坏区域逐渐减小。研究结果对于进一步探索初始损伤缺陷累积作用下隧道结构的灾变机制有重要参考价值。     

正交异性钢桥面板疲劳寿命设计优化研究

采用有限元计算方法,对某大桥钢桥面铺装在采用钢-UHPC超轻型组合梁优化前后的钢箱梁节段正交异性钢桥面板的主要连接接头进行了分析,研究了在轮轴荷载作用下主要疲劳裂纹的控制应力的分布特征及应力影响面,建立了较全面的荷载作用与应力效应的对应关系,并由此推算出实桥在设计疲劳荷载作用下的应力历程及相应的应力谱。针对设计疲劳寿命周期内的正交异性钢桥面板的各构造细节,根据Miner疲劳损伤累积理论计算出相应的疲劳累积损伤,并对其疲劳寿命进行评估。采用普通钢桥面铺装时,靠近顶板与U肋、U肋与横隔板连接处的主要疲劳裂纹,其疲劳累积损伤度在设计使用寿命周期内均大于1,存在较高的疲劳开裂风险。经钢-UHPC超轻量组合桥面板设计优化后,顶板与U肋连接处抗疲劳性能改善效果显著,在大桥设计寿命周期内可满足抗疲劳设计的使用要求;但设计优化对横隔板-U肋-顶板连接处的抗疲劳性能影响有限,在设计使用寿命周期内,疲劳裂纹C.5、C.6、C.6.1、C.7仍存在较高的开裂风险,需引起重视。     

基于行人碰撞事故重建的颅脑损伤准则效能研究

为了深入研究不同颅脑损伤准则对道路交通事故中行人颅脑损伤的预测与评价性能,从已有的交通事故调查数据库中选出可以用于进行事故虚拟重建且具有详细人体颅脑伤情记录的10例行人车辆碰撞事故案例,采用多刚体动力学和有限元分析方法,对事故中人和车辆运动学响应及行人颅脑损伤情况进行虚拟重建,在此基础上,采用LASSO回归分析方法分析了多个基于人体头部运动学响应的颅脑损伤准则与事故中行人颅脑损伤的相关性;借助文献中的损伤风险曲线,分析了不同基于脑组织应变的损伤准则与行人典型颅脑损伤（弥散性轴索损伤和脑挫伤）之间的关系。研究结果表明：在多个基于人体头部运动学响应的颅脑损伤评价准则中,同时考虑头部线性和旋转运动,且体现头部碰撞功率的头部碰撞能量（HIP）准则能最有效地评价真实的颅脑损伤;基于脑组织应变的颅脑损伤准则中,累计应变损伤测量（CSDM）准则相对于最大主应变（MPS）准则能更有效地评价典型弥散性脑损伤（DAI）,而扩张损伤测量（DDM）准则所反映的脑挫伤程度远低于真实的损伤状况,所以该准则难以准确预测脑挫伤的损伤风险。     

大跨度小净距隧道中夹岩爆破振动控制与损伤判别

明确爆破动载作用下大跨度小净距隧道中夹岩柱的振动响应及累积损伤演化规律，有助于更好地保障隧道现场施工及围岩稳定。依托厦门海沧疏港通道工程项目，现场采用爆破测振与声波测试对中夹岩体的爆破振动速度及围岩声波速度进行监测与分析,并对原有的爆破方案进行优化，对循环爆破作用下中夹岩振动传播与损伤演化规律进行探究。研究结果表明： 1）掏槽眼的装药量和自由面数量是影响中夹岩爆破振动速度的主要因素，通过优化爆破方案设置减振孔,使中夹岩振速降低了67.4%，最终控制中夹岩的最大质点峰值振动速度为12.67 cm/s，符合规范要求; 并根据萨道夫斯基公式，回归得到中夹岩的振动响应规律。2）在多频次爆破作用下，侧面岩体声波速度整体高于中夹岩体，受应力波及裂隙的共同影响，围岩声波速度由中夹岩内部至隧道轮廓线呈波动式下降趋势，随着掌子面的不断远离，中夹岩累积损伤范围最终稳定在距围岩表面1.5 m范围内； 通过现场监测与优化实现中夹岩爆破振动控制与累积损伤范围判定，保障了大跨度分岔隧道的高效安全掘进。     

桩-土接触面剪切性质室内单剪试验研究

土与混凝土桩的接触面力学行为随土的含水量变化.进行了17%、2O%、24%共3组含水量的土与混凝土桩接触面室内单剪试验,每组试验考虑5个法向应力.试验结果表明,在含水量一定时,接触面强度破坏仍遵循摩尔一库仑破坏准则;接触面的抗剪强度、摩擦角随含水量的增大非线性单调减小,粘聚力则先增大后减小.随着含水量和法向应力的增大,接触面的破坏位置逐渐由几何接触界面向土体内部过渡.法向应力较小时,含水量对接触面应力应变曲线的初始段影响不大.试验结果可供相关工程数值分析参考.     

基于有限元法的轿车车身结构及焊点疲劳寿命分析

以某型轿车车身为例,建立车身的有限元模型,在对车身进行了单位激励下的冲击响应分析并得到应力应变分布结果的基础上,利用M iner损伤累积准则,在MSC.Fatigue软件中对车身的疲劳寿命进行仿真分析,估算出该型车在D级路面上行驶时的结构及焊点疲劳寿命,分析结果显示出的危险部位与实车实验基本一致。     

土压平衡盾构刀盘掘削动态数值模拟

在盾构掘进过程中,刀盘与土体之间的相互作用非常复杂。应用大型通用有限元分析软件ABAQUS建立了在砂土和黏土地层条件下土压平衡盾构刀盘掘进的非线性动力学模型,依据德鲁克-普拉格塑性屈服准则,采用包含单元删除功能的损伤失效准则模拟土体的屈服和破坏。模拟结果反映了土体在受到切削时累积塑性应变直至破坏的变化规律;刀盘在掘进过程中所受载荷呈一定周期性变化;在其他掘进参数不变的情况下,刀盘在砂土中掘进时所受轴向力和扭矩大于黏土;刀盘在砂土中的切削效率低于黏土。研究结果能够为土压平衡盾构刀盘的设计研究提供一定的理论指导。     

竖转钢-混凝土组合拱桥PBH剪力件疲劳性能试验

针对钢箱预制、立柱拼装、转体成拱的快速施工竖转钢-混凝土组合拱桥,基于PBL提出了新型PBH剪力件。以PBH剪力件的疲劳力学性能为研究目标,开展了一组11个试件的高周疲劳试验。分析不同箍筋直径、开孔直径PBH剪力件的疲劳破坏模式和损伤演化规律,并与PBL剪力件进行比较。结果表明：PBH疲劳破坏模式为钢板开孔内混凝土在循环荷载作用下的损伤累积,裂缝发展过程中发生裂缝尖端钝化,混凝土榫局部粉末化并向下迁徙导致了钢箱与混凝土界面滑移累积并最终破坏。解剖发现孔内混凝土粉末化,与之对应的PBH静载破坏模式为混凝土榫处主裂缝在荷载增加过程中扩展延伸,混凝土榫劈裂,裂缝反射至表面导致试件破坏,二者区别明显;PBH疲劳损伤演化曲线可分为3个阶段：由黏结力和摩擦力损伤主导的损伤弹塑性阶段、由孔内混凝土裂缝积累破碎主导的损伤累积阶段以及变形累积失控后的损伤破坏阶段,损伤弹塑性阶段约占整个疲劳寿命的10%,损伤累积阶段占全部疲劳寿命的70%以上且滑移量增加缓慢,损伤破坏阶段累积滑移量急剧增加,裂缝发展,剪力件随即发生疲劳破坏,疲劳破坏表现出明显的塑性特征。PBH与PBL损伤演化规律总体相似,但PBH较PBL有更加显著的第2阶段,即疲劳破坏损伤累积过程,表明PBH剪力件在疲劳破坏过程中的塑性破坏性能更佳。     

沪崇苏越江大桥索塔锚固区钢混结合面接触分析

采用非线性接触单元模拟了大跨度斜拉桥索塔锚固区钢混结合面的紧压密贴关系,分析了钢混结合面非线性接触对剪力钉的受力影响,计算结果与不考虑接触的简化方法进行了比较,结合面考虑接触效应后,剪力钉内力分布规律和钢混结合面完全分离的结果基本一致,剪力钉最大剪力减小幅度为2.3%～13.8%.