基于修正韧性耗散损伤的非线性疲劳可靠性分析

在反复循环荷载作用下构件或材料易出现疲劳损伤,导致结构出现突发性疲劳脆性破坏,故需对构件或材料的疲劳损伤进行精确评价,避免灾害性事故发生。但现有的疲劳损伤评价模型为了简化分析,常忽略了荷载顺序和相互作用等效应,使得疲劳损伤分析精度不足,为此,需对构件或材料的疲劳损伤模型进行改进,使其能够精确评价疲劳损伤。基于叶笃毅提出的疲劳损伤模型,推导材料的多级疲劳损伤模型。在此基础上,通过提出对数应力平方比的幂函数等效形式来考虑荷载相互作用效应,并应用所提等效规则,结合叶笃毅多幅级疲劳模型,推导多级载荷作用下非线性疲劳损伤累积改进模型,使疲劳模型能够考虑多级荷载的顺序和相互作用效应。基于所提改进模型建立材料疲劳极限状态方程,应用概率密度演化方法对极限状态方程进行求解,并建立求解过程,分析得到材料非线性时变疲劳可靠度。最后采用材料疲劳试验对所提模型在疲劳寿命预测和可靠度分析中的准确性进行验证。研究结果表明：所建立的模型疲劳寿命预测误差最小可达1%,可靠度分析精度提高30%,表明模型具有更高精度,能够应用于工程实际。     

基于疲劳驱动力能量损伤参数修正的非线性疲劳寿命预测

针对疲劳驱动力能量模型中变幅载荷间交互因子难以确定的问题,考虑载荷大小次序、载荷间的干涉以及疲劳损伤程度等因素对变幅载荷作用下损伤累积规律的影响,在引入能量准则确定损伤参数的基础上,将变幅载荷应力比、载荷循环比、疲劳损伤程度引入载荷间交互因子的计算,建立分别采用载荷循环次数比和实时疲劳损伤对交互因子进行修正的改进非线性疲劳寿命预测模型。根据Q235B和铝合金2种常用材料的焊接接头在多级变幅载荷作用下的试验数据,对改进的疲劳寿命预测模型的预测能力进行验证。结果表明:在变幅载荷作用下,改进的疲劳寿命预测模型能有效地对焊接结构的疲劳寿命进行预测,相比其他模型更接近于试验结果,且模型中仅含有2个比较容易通过试验确定的常规参数,无需引入其他参数,便于应用于实际工程结构的分析及设计。     

考虑荷载相互作用的非线性时变疲劳可靠性分析

针对传统非线性疲劳损伤模型未考虑多级荷载间相互作用导致计算精度下降的问题,在Manson-Halford疲劳损伤模型基础上,通过引入与荷载水平相关的指数项考虑荷载相互作用,提出多级荷载作用下非线性疲劳损伤累积的改进模型;构建结构疲劳极限状态函数,并基于概率密度演化理论提出考虑非线性疲劳累积损伤的动态可靠度分析方法;采用...     

预应力轨枕的损伤演化和寿命估算方法

基于连续损伤力学基本概念，理论与方法，论述了预应力轨枕在其自身徐变与其它疲劳荷载二者交互作用下的材质劣化损伤行为及其损伤失效机理；提出了预应力轨枕在徐变与疲劳交互作用下的损伤本构关系模型。建立了用于预应力轨枕分析的力学基本方程与参变量变分原理，并利用“间置加载”型载荷谱的特点，提出两个基本假设，以突出预应力轨枕在徐变与疲劳交互作用过程中的主要特征。可依据初始循环应力场，对损伤过程中循环应力场进行更有效描述，从而为更好地解决预应力轨枕分析中寿命估算及对一些实际问题处理。提供结构分析新方法。     

基于概率密度演化的斜拉索多级变幅时变疲劳可靠度分析

拉索是斜拉桥的主要受力构件,在车辆、风等交变荷载作用下易发生多级变幅疲劳损伤,而经典可靠度方法预测多级变幅时变疲劳可靠度难度大且计算效率低。针对这一问题,提出一种高效的多级变幅斜拉索时变疲劳可靠度预测方法。基于Miner累积损伤理论,建立同时考虑荷载和材料随机性的变幅疲劳损伤概率演化模型;构建应力幅出现频率指标,解决多级变幅疲劳损伤演化过程中偏微分方程难以确定问题,通过概率密度演化方法精确计算多级变幅时变疲劳可靠度,并采用五级变幅材料试验数据和某桥梁斜拉索的模拟数据验证所提方法的可行性。结果表明：所提方法的计算效率远高于蒙特卡洛方法;在小概率失效时,其计算精度高于蒙特卡洛方法。     

基于载荷加载次序的疲劳寿命预测改进模型

针对Corten-Dolan模型中关键参数d难以确定的问题,在Corten-Dolan模型和既有改进模型引入小载荷、损伤程度和应力状态的基础上,进一步考虑相邻2级载荷的先后次序影响,采用增加应力比系数及将载荷加载次序的影响、损伤程度的影响分别作为独立的影响因素2种不同的方法对参数d进行修正,基于此建立2种Corten-Dolan改进模型。根据常用材料(标准45号钢)焊接接头、合金材料(标准16Mn钢)焊接接头以及Q235B钢焊接接头的试验数据,对前述2种改进模型的疲劳寿命预测有效性和可行性进行验证。结果表明:与传统Miner模型和既有Corten-Dolan改进模型对比,无论是在2级载荷作用下还是在多级载荷使用下,2种改进模型在进行焊接材料疲劳寿命预测时均具有较高的预测精度,且因模型的数学表达式较为简单,无需多层迭代计算,便于应用实际工程中焊接结构的疲劳寿命预测。     

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.     

转K2型转向架弹簧载荷识别及其对弹簧寿命影响的研究

用试验的方法得到在垂直载荷作用下弹簧45°方向应力和最大主应力之间的差异,用有限元法计算了弹簧在横向、垂向加载时的载荷识别系数。根据线路实测动应力识别出转K2型转向架弹簧在运用工况下的2种载荷。最后根据载荷计算出弹簧的应力,利用疲劳损伤模型计算出损伤,得出了2种载荷对疲劳寿命的影响。     

耦合作用下各载荷对结构疲劳损伤影响程度的评估方法

针对传统评估方法不能评定多荷载耦合作用下各载荷分别对机械结构疲劳损伤的影响程度,提出在不需识别各耦合载荷大小的情况下,基于载荷与动应力响应的传递关系进行解耦,利用疲劳损伤影响参数,评估各载荷对机械结构疲劳损伤影响程度的方法;并以轨道车辆转向架齿轮箱吊座为例验证了所提出评估方法的可行性和实用性;分析结果可为载荷、机械结构的进一步优化提供依据。     

疲劳载荷下结构失效模式失效概率的一种新算法

在静载荷作用下增量载荷法的基础上，根据概率型线性累积损伤理论，提出了给定失效模式下计算结构疲劳寿命的增量寿命法，进而得到失效模式的失效概率。最后通过算例分析，证明了本方法是可行的。     

弯矩作用下钢轨疲劳裂纹扩展行为研究

研究目的：车辆在运行过程中受到多种载荷的相互作用。在多种因素作用下，如车轮本身有不圆度；车辆在通过曲线段、轨缝、岔道时对钢轨产生冲击，不可避免车轮会对钢轨产生法向载荷，从而使得弯矩对疲劳裂纹的萌生和扩展产生影响。为研究弯矩对不同材料钢轨疲劳性能的影响，本文在NENE-2型微动实验机上，对U71Mn、PD32种材料钢轨在弯矩作用下的疲劳裂纹扩展性能进行试验研究，据此提出减缓钢轨疲劳损伤的措施。研究结果：分析研究和试验表明，疲劳裂纹从应力集中点首先开始萌生，其中主剪切应力占有重要影响；静载作用时裂纹扩展方向会发生大角度改向，而动态加载过程中疲劳裂纹扩展方向稳定；相同加载速率条件下，PD3钢轨疲劳裂纹较U71Mn钢轨更易萌生与扩展。为了防止和减缓钢轨的疲劳损伤，应根据线路的类型和钢轨的实际工作环境选择适合材料的钢轨，货运重载线路，选择较高机械强度的PD3钢轨；高速线路，选择U71Mn钢轨．     

变流器柜体冲击和随机振动试验的数值模拟

根据标准GB/T 21563-2008《轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验》,采用ANSYS有限元分析软件计算了随机振动环境下的响应,得到了结构的1σ、2σ、3σVonMises最大应力.利用材料的S-N曲线,并根据Steinberg提出结构在随机载荷作用下的响应是基于高斯分布和Miner提出的线性疲劳累计损伤理论,对设计的结构在给定随机振动环境下的疲劳寿命进行了预估.运用瞬态动力学分析方法模拟了冲击试验过程中的受力情况.     

某轨道货运罐式集装箱结构随机振动疲劳分析

罐式集装箱结构主要采用钢结构焊接而成,而焊缝是整个结构中疲劳相对薄弱的位置,如何在设计阶段评估该罐式集装箱焊接结构的疲劳可靠性是个难题。文中首先建立带焊缝细节的罐式集装箱结构有限元模型,基于IEC 61373-2010标准中的模拟长寿命随机振动载荷谱,引入网格不敏感频域结构应力法,分析随机载荷下罐式集装箱结构关键焊缝抗疲劳性能,结果显示该集装箱结构的关键焊缝结构满足纵向、横向、垂向3个方向各5 h随机载荷谱作用下总损伤小于1的要求。频域结构应力法,可以考虑结构的随机振动能量频域分布对焊缝疲劳寿命的影响,同时方便找出与焊缝疲劳寿命密切相关的关键模态,能够为轨道车辆焊接结构的设计与优化提供技术支持。     

混凝土在重复荷载作用下疲劳寿命分布的概率方法研究

混凝土在重复荷载作用下的疲劳寿命由于不可避免的随机因素的干挠，具有较大的离散性，因此有必要把概率的方法引入混凝土疲劳寿命的研究中去。本文根据混凝土在疲劳荷载下的损伤机理，提出以应变做为表征其损伤程度的量度。并由疲劳损伤过程与马尔可夫过程的数学相似性，认为可以考虑混凝土的疲劳损伤过程具有马尔可夫性。通过求解FOKKER-PLANCK方程，我出疲劳损伤状态的转移概率密度函数，求出在指定时间下疲劳损伤分布，也可求出在给定的临界损伤后的疲劳寿命分布。经与试验相比较，可知由此方法推出的寿命分布函数较对数正态分布更为接近试验数据，且具有较大的适用范围。该方法在进行铁路桥梁疲劳可靠性分析中是有用的。     

扭曲载荷对160km/h货车转向架构架焊缝的疲劳损伤影响

依据UIC510-3规定的动态疲劳试验载荷和IIW提供的焊接接头疲劳强度S-N曲线,基于结构有限元分析技术和Palmgren-Miner线性累积损伤准则,对160 km/h货车转向架焊接构架侧梁主结构焊缝接头的疲劳损伤进行数值仿真计算。着重研究有无扭曲载荷作用下,各疲劳关注部位累积损伤的变化程度和规律。仿真结果及综合分析表明:扭曲载荷作用导致的损伤增幅在累积损伤较高部位最大仅约为6%,其对构架主结构的疲劳损伤影响极为有限。因此考虑到疲劳试验设备的加载能力,对160 km/h货车转向架焊接构架及摇枕进行动态疲劳试验时可不必施加线路扭曲载荷。     

不明配筋梁的剩余疲劳寿命评估

以曼纳线性损伤准则、分段线性解为基础，在综合考虑混凝土的碳化、钢筋锈蚀对钢筋混凝土梁疲劳损伤影响的前提下，运用分段线性解模型，模拟标准梁的疲劳损伤发展过程，提出钢筋应力系数发展的不利曲线，对不明配筋梁进行剩余疲劳寿命评估。     

基于单轴损伤的货车钩尾框多轴疲劳寿命分析

基于单轴应变疲劳分析，提出了比例加载多轴应力状态下的疲劳寿命计算方法。采用钩尾框AAP载荷谱和我国实测荷谱，对货车13号车钩钩尾框细胞了细致的有限元计算和多轴疲劳寿命分析，结果与实际相吻合，并证明载荷谱中大载荷劳损伤有主要贡献。     

基于载荷相互作用效应的Corten-Dolan改进模型

针对变幅载荷作用下载荷间的相互作用效应对结构疲劳寿命影响显著的特点,在考虑小载荷、损伤程度和应力状态的基础上引入相邻两级应力比的幂函数对关键参数d进行修正,以表征载荷间相互作用效应的非线性影响,从而建立了改进的Corten-Dolan累积损伤模型.同时,引入参数k建立了此类改进模型的统一表达式.基于三种常用材料的试验数...     

HXN5型机车气缸盖螺栓断裂故障分析及无损检测方法

在高速重载的情况下,机车零部件所承受的载荷变大,导致零部件在交变载荷的作用下产生疲劳损伤。当疲劳损伤累积到一定程度,超过结构的损伤临界值时,零部件就会发生疲劳断裂,而影响机车的正常运用。对HXN5型机车气缸盖螺栓折断的疲劳断裂面进行分析,并针对气缸盖螺栓制定了检测方法,有效控制了气缸盖螺栓因疲劳裂纹的延续发展而造成的断裂故障。     

车轮滚动接触疲劳研究

滚动接触疲劳是受到循环载荷的轮轨接触的主要失效机制，其损伤机理和相关的模型算法有很多种，文章对其进行了具体分析，并从材料本身和外部条件两个方面对影响车轮滚动接触疲劳损伤的因素进行了探讨，提出了今后的研究方向。