基于精细算法的焊接结构疲劳寿命预测方法研究

针对现有随机振动疲劳分析方法的局限性,在随机振动精细分析方法的基础上引入等效结构应力新方法来研究随机振动疲劳寿命问题.以随机振动的虚拟激励法结合分体耦合式振型分解法为基础的求解方法大幅提高了随机振动分析的计算效率,不必将计算模型大幅简化,保证了有限元模型的完整性.等效结构应力疲劳评估新方法是一种相对准确的计算焊接结构焊缝处疲劳寿命的方法,可有效解决现有分析方法的不足.通过建立某平车包括走行部结构在内的车辆整体结构动力学精细有限元模型,以轨道不平顺谱作为输入激励载荷进行随机振动计算,结合主S-N疲劳曲线法完成疲劳寿命评估,以工程实例证明该方法的可行性.     

不同层间接触条件下水泥稳定碎石疲劳性能研究

为了研究不同应力水平下各因素对水泥稳定碎石疲劳性能影响程度的大小,对一次整体成型、分层连续成型、分层间断成型3种不同层间接触状态的水泥稳定碎石试件分别进行了疲劳试验、剪切试验、抗压试验、劈裂试验、抗折试验,在水泥稳定碎石疲劳性能结果分析的基础上,利用灰色关联度分析方法,对影响水泥稳定碎石疲劳性能的因素进行了排序与分析。结果表明:在相同的材料组成及养护条件下,随着层间粘结性的降低,水泥稳定碎石基层的疲劳寿命明显降低;各因素对水泥稳定碎石疲劳性能影响的灰色关联度排序为:接触状态和抗剪强度、抗折强度、劈裂强度、抗压强度、抗压回弹模量。     

基于模态频率响应分析的半挂车车架的疲劳寿命计算

采用模态频率响应的方法进行半挂车车架疲劳寿命预测。在Msc.Patran中对车架进行模态频率响应分析;在ADAMS/Car中建立整车多体动力学模型,采用D级路面,对其进行仿真分析,从而获得车架各连接点的载荷时间历程,并将动态载荷转换成功率谱密度。结合动态载荷分析与有限元分析结果,基于Dirlik方法分析得到车架疲劳寿命和最危险点的寿命值。计算结果证明了基于模态频率响应分析的疲劳分析方法能够快捷、有效地预测随机动态载荷下的半挂车车架的疲劳寿命。     

高速动车组受电弓结构随机振动疲劳分析

以高速受电弓为研究对象,将一种疲劳寿命分析方法运用到受电弓系统的随机振动疲劳分析评估中.首先利用HyperMesh建立受电弓的有限元模型,基于频域法采用IEC 61373 2010标准中规定的加速度谱密度作为激励,根据Steinberg提出的高斯分布和Miner疲劳损伤累计理论,评估随机振动载荷作用下高速受电弓的疲劳强度.分析结果表明,高速动车组受电弓结构满足在随机振动环境下疲劳强度的设计要求,为受电弓结构的随机振动疲劳寿命分析提供一种有效的计算方法.     

三参数Weibull分布估计沥青混凝土疲劳失效研究

通过间接拉伸疲劳试验分析3种不同沥青混凝土材料在3种不同温度条件下疲劳失效特性。采用考虑形状参数、位置参数和尺度参数的Weibull分布函数对不同加载条件下材料疲劳寿命分布特征进行估计,提出了基于位置参数迭代计算下的特征参数估算方法,并给出了50%保证率下的材料疲劳寿命曲线和疲劳方程。研究结果表明:三参数Weibull分布函数可以避免在试验初始阶段进行疲劳失效概率的不合理估计,更好地预估小子样条件下材料疲劳失效分布;预估结果中特征参数项具有良好的线性相关性,三参数Weibull分布能较为清晰地反映出材料不同试验条件下的疲劳失效寿命分布。     

车辆铸钢件疲劳寿命预测方法对比分析

阐述了车辆铸钢件疲劳寿命预测的两大评估体系—AAR标准和FKM标准的分析方法,从本质上将两者做了较为详细的对比分析,采用各自不同的输入条件对某B级铸钢侧架进行疲劳寿命预测,得出的计算结果趋于一致,确保疲劳预测的可靠性,为今后铸钢件的准确疲劳寿命预测提供指导参考.     

疲劳驾驶的转向特征研究

为有效地实现疲劳提前预警,研究了心电信号(ECG)和转向特征随驾驶时间的变化规律。通过试验,分析了ECG信号的4个指标随时间的变化趋势,进行了显著性分析之后,运用主成分分析方法建立了综合的ECG评价指标来分辨驾驶员的疲劳状态。分析了驾驶员在不同驾驶状态,不同的道路线形下的转向行为,应用转向熵方法分析了转向数据,结果表明:相比清醒状态,疲劳状态下的转角熵升高了57.1%。     

基于DSR Time-Sweep的沥青常应变疲劳演化规律分析

为了研究沥青疲劳特性在常应变模式下的演化规律,采用动态剪切流变仪(DSR),在应变控制模式下对70#基质沥青和SBS改性沥青进行连续加载疲劳试验,获得基于复数剪切模量(G~*)、耗散能变化率(DR)和累计耗散能比(DER)三种物理指标对应的疲劳曲线,并通过疲劳曲线分析沥青疲劳破坏过程。试验结果表明:70#基质沥青的疲劳曲线变化有规律,能较好的表征沥青疲劳破坏过程,确定沥青疲劳寿命;耗散能变化率无法用于表征SBS改性沥青疲劳破坏规律;在相同分析方法中,SBS改性沥青疲劳寿命优于70#基质沥青;随着应变增加,两种沥青疲劳寿命均下降。     

疲劳驾驶的转向特征研究

为有效地实现疲劳提前预警,研究了心电信号(ECG)和转向特征随驾驶时间的变化规律.通过试验,分析了ECG信号的4个指标随时间的变化趋势,进行了显著性分析之后,运用主成分分析方法建立了综合的ECG评价指标来分辨驾驶员的疲劳状态.分析了驾驶员在不同驾驶状态,不同的道路线形下的转向行为,应用转向熵方法分析了转向数据,结果表明...     

开口肋正交异性钢桥面疲劳设计参数研究

为评估重庆两江大桥单索面斜拉桥正交异性钢桥面板疲劳设计参数的合理性,对由盖板、板肋和横隔板组成的箱形正交异性钢桥面板模型进行了疲劳试验和有限元分析.基于应力等效方法,对桥面板、横隔板与纵肋三向交叉部位,进行了竖向和横向双向加载试验、等效实桥疲劳应力幅值2 000万次作用疲劳试验,在此基础上,分析了3种开孔方式、构造细节、横隔板厚度及铺装层厚度等因素对疲劳性能的影响.研究结果表明:横隔板厚度和铺装层厚度对疲劳性能的影响很大;与钥匙形和圆形相比,苹果形开孔结构的主拉应力最小,为13.7 MPa,疲劳性能最优.建议开口肋正交异性板构造横隔板厚度大于16 mm,并采用苹果形开孔方式.     

新疆岩沥青改性沥青混合料疲劳性能的试验研究

为了揭示岩沥青改性沥青混合料的疲劳耐久性,利用MTS-810材料试验系统,分别对普通重交沥青混合料、SBS改性沥青混合料和岩沥青改性沥青混合料等3种混合料进行了不同应力比下的疲劳试验,建立了3种沥青混合料的S-N疲劳方程,并对3种沥青混合料的疲劳试验结果进行了比较.在相同的应力比试验条件下,岩沥青改性沥青混合料的疲劳寿命最大,普通重交沥青混合料的疲劳寿命最小.岩沥青改性沥青混合料S-N疲劳方程参数k最大,n最小.研究结果表明:两个疲劳方程参数k和n均证实了岩沥青改性沥青混合料具有较好的抵抗疲劳荷载的能力.在荷载水平增加相同幅度的情况下,岩沥青改性沥青混合料的疲劳寿命衰减量最小.在相同的级配、油石比和荷载条件下,其疲劳耐久性最好.     

基于ABAQUS和Fe-Safe的岸桥起重机疲劳寿命分析

以岸桥起重机为研究对象,运用ABAQUS和Fe-safe联合仿真方法对梯形架、拉杆及整个起重机疲劳寿命进行分析.首先利用HyperMesh对其进行线模型的构建,在ABAQUS有限元软件中对线模型赋以梁截面属性,从而得到岸桥的有限元模型,并对其进行静强度分析;然后根据实际工况确定岸桥起重机的载荷时间历程,并对其材料疲劳属性进行重新定义;最后将静强度分析结果、载荷时间历程和岸桥材料疲劳属性导入Fe-Safe软件,对其进行近似工作条件下的疲劳寿命分析,得到了岸桥钢结构的疲劳情况及疲劳位置.分析结果与实际情况对比表明,该方法为岸桥起重机疲劳可靠性分析提供另一种途径,为结构设计时使用寿命的估算提供了参考,可有效预测钢结构的疲劳可靠性.     

基于核密度应力谱外推的转向架构架疲劳寿命评估

提出了一种基于多样本核密度应力谱外推的疲劳寿命评估方法,研究了核密度估计中的最优带宽与核函数的确定问题,采用灰色关联度分析方法对应力谱的外推优度进行量化评价与检验,并讨论了疲劳寿命评估的相对误差与外推倍数之间的关系;为了验证方法的正确性与可行性,以某转向架构架转臂定位安装座焊缝附近某测点为研究对象,选取了该测点在车轮分别处于镟轮初期、中期和末期时的3组动应力测试数据,进行多样本核密度应力谱外推与疲劳评估。研究结果表明:基于最小渐近均方积分误差的概率密度函数拟合优度良好,所研究的4种核函数类型中,基于Epanechekov核函数外推的相关性最好,相关系数为0.99,较其他3种核函数提高了0.01%~0.12%,基于Circular核函数外推的一致性最好,灰色关联度为0.592 0,较其他3种核函数提高了0.17%~0.32%;基于多样本核密度应力谱外推10倍后的疲劳评估寿命相比基于线性外推的评估寿命减少了1.15%;当应力谱外推至全寿命周期时,基于核密度外推所评估的安全运营里程减少了6.45%。可见,基于核密度应力谱外推的疲劳寿命评估更偏于安全,能保证车辆结构的安全服役。      

东风41996内燃机车连杆螺栓及活塞断裂分析

采用金相分析、断口分析和硬度分析方法，对东风41996内燃机车柴油机连杆螺栓及活塞断裂的原因进行了分析，确认连杆螺栓因机加工不当引起疲劳裂纹的萌生及扩展，加之螺栓受力不均匀加速了疲劳断裂过程，活塞因材质、结构缺陷导致破碎，提出了预防连杆螺栓和活塞失效的措施及改进建议。     

铁道车辆天线梁的随机振动疲劳评估

引发天线梁破坏的主要原因是受到经构架端部传递的随机振动激扰.为考察天线梁在随机激扰下的疲劳可靠性,首先将结构动力学、随机振动和材料疲劳理论进行结合,研究了随机振动疲劳分析方法,在此基础上,依据标准IEC 61373,采用有限元软件ANSYS Workbench对天线梁进行随机振动仿真,最后采用Steinberg法对其应力较严重部位进行疲劳损伤评估.经分析,得到天线梁的总体损伤为0.56,满足Miner线性累计损伤准则,表明天线梁的疲劳设计符合标准的相关要求.     

沥青稳定碎石疲劳性能关键影响因素分析

为了确定影响沥青稳定碎石基层疲劳性能的关键因素,基于ATB25与ATB30两种密集配沥青稳定碎石混合料,选择9种集料级配、3种沥青,以13种混合料试件的10项材料试验数据为参考列,以沥青稳定碎石疲劳方程中的k值与n值为比较列,进行影响沥青稳定碎石疲劳性能的灰熵分析,得到不同参数对沥青稳定碎石疲劳性能影响的显著程度,并在此基础上运用对应分析的统计学研究方法对相关结论进行统一.研究结果表明:沥青混合料的沥青饱和度、油石比这两项因素是影响沥青碎石稳定基层疲劳性能的最关键因素;沥青饱和度影响着沥青体积百分率和矿料间隙率,而油石比的变化会导致沥青饱和度和沥青膜厚度随之变化,从而显著影响沥青混合料的疲劳寿命.     

沥青路面疲劳当量温度计算方法研究

我国现行沥青路面设计规范以15℃作为测定沥青混合料疲劳性能的试验温度,忽略了地区之间存在明显的温度差异。根据路面弹性力学层状理论,对控制应力与应变两种疲劳加载模式进行分析,讨论了适用于路面实际疲劳状况的加载模式。分析了影响沥青路面疲劳寿命的因素,并采用SHELL方法,根据Miner法则计算疲劳当量温度,提出了日疲劳当量温度的计算公式,计算了我国8地区的年疲劳当量温度,讨论了不同地区疲劳当量温度的取值范围和取值方法。此研究结果为提高路面结构分析精度提供了可靠的温度参数依据。     

大跨度钢桁梁斜拉桥拉索抖振疲劳损伤分析

以南广铁路郁江钢桁梁斜拉桥为例,基于有限元软件ANSYS,提出一种考虑拉索的几何非线性的抖振疲劳分析方法。该方法首先采用谐波合成法模拟大桥的脉动风场;然后计算大桥典型拉索的抖振时程响应;再根据钢丝的S-N曲线及Miner准则估算了斜拉索的疲劳损伤。研究表明:斜拉索的抖振疲劳损伤非常小,风速较风偏角对拉索的应力及疲劳损伤影响大。     

铰接式轻轨客车车体结构强度的精细分析

为设计满足EN12663-2010标准性能要求的铰接式轻轨客车车体,提出了车体结构静强度精细分析方法和车体焊接接头应力集中分析与疲劳寿命预测方法.以某出口铰接式轻轨客车铝合金车体为研究对象,首先建立了铰接车体整体结构的一级薄壳单元有限元模型;并在车体一级有限元模型分析的基础上,采用子模型技术与非线性接触技术相结合的方法构建了车体铰接模块的二级有限元模型,经接触非线性数值试验,优选出合理的铰接模块设计方案.采用美国ASME-2007标准的主S-N曲线法,对铰接车体焊缝进行了应力集中分析与疲劳寿命预测,识别出了焊接接头疲劳寿命的薄弱部位.借助焊缝结构应力的分析,提出的改进方案焊缝寿命比原始方案提高了2.49倍.     

四层RC框架结构抗连续性倒塌分析方法对比

参考美国国防部编制的《结构抗连续倒塌设计》(DOD2005)提供的设计流程,采用变换荷载路径方法,基于SAP2000通用有限元软件,对按照我国现行规范设计的4层混凝土框架结构首层长边中柱失效,分别采用4种方法:线性静力分析方法、非线性静力分析方法、线性动力分析方法和非线性动力分析方法进行分析,对移柱前后关键构件的内力变化进行了分析,给出分析步骤,并对每种方法的优缺点进行了比较.