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考虑轮压载荷的铸造起重机多轴疲劳特性分析

机械科学与技术 2024年第7期43卷 1277-1282页

作者：冯梓彬魏国前郭子贤余震武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081 武汉科技大学精密制造研究院武汉430081

铸造起重机金属结构是一种典型的复杂焊接结构,在移动轮压载荷和复杂焊缝几何的共同作用下,一些非常规部位时常出现疲劳裂纹。针对某在役铸造起重机主梁轨道下方T型钢与小筋板连接焊缝区域发生的密集疲劳裂损问题,采用Soild-Shell混合... 详细信息

铸造起重机金属结构是一种典型的复杂焊接结构,在移动轮压载荷和复杂焊缝几何的共同作用下,一些非常规部位时常出现疲劳裂纹。针对某在役铸造起重机主梁轨道下方T型钢与小筋板连接焊缝区域发生的密集疲劳裂损问题,采用Soild-Shell混合单元和子模型技术,建立了裂损局部区域的精细有限元模型,模拟了移动轮压载荷作用下整体金属结构的完整应力时间历程,分析了裂损部位的多轴特性。采用基于临界平面法的多轴疲劳模型,计算并讨论了裂损区域的疲劳性能。结果表明:多轴应力是导致裂损部位萌生裂纹的主要原因,F-S多轴疲劳模型可以有效评估裂损部位的疲劳性能。

关键词：铸造起重机轮压载荷多轴疲劳寿命预测

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考虑服役应力谱的桥式起重机疲劳寿命分析

起重运输机械 2024年第9期 29-34页

作者：刘正党章魏国前罗会信湖南湘潭钢铁集团有限公司湘潭411101 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081

疲劳失效为桥式起重机主要失效原因,科学有效地分析桥式起重机疲劳寿命是工业生产中的安全保障。文中以15t方坯桥式起重机为分析对象,对裂损部位的应力时间历程进行了测试,根据实测信号编制了服役应力谱,基于服役应力谱对起重机金属结... 详细信息

疲劳失效为桥式起重机主要失效原因,科学有效地分析桥式起重机疲劳寿命是工业生产中的安全保障。文中以15t方坯桥式起重机为分析对象,对裂损部位的应力时间历程进行了测试,根据实测信号编制了服役应力谱,基于服役应力谱对起重机金属结构进行了疲劳寿命仿真,结果表明,舱门拐角处为疲劳薄弱部位。最后提出了整改方案,进一步仿真和后期实施验证了整改方案的合理性和有效性。

关键词：桥式起重机疲劳寿命有限元分析加固方案

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基于Pavlou方法的焊接结构疲劳寿命预测

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焊接学报 2023年第9期44卷 16-23,I0003,I0004页

作者：魏国前郭子贤闫梦煜赵刚武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081 武汉科技大学精密制造研究院武汉430081

变幅载荷作用下的疲劳寿命预测一直是焊接结构完整性评估的重要内容.基于Pavlou提出的疲劳损伤区概念,采用BS7608标准中推荐的S-N曲线,运用有限元热传导分析技术,提出了一种焊接结构疲劳寿命的预测方法.针对承载型十字焊接接头、非承载... 详细信息

变幅载荷作用下的疲劳寿命预测一直是焊接结构完整性评估的重要内容.基于Pavlou提出的疲劳损伤区概念,采用BS7608标准中推荐的S-N曲线,运用有限元热传导分析技术,提出了一种焊接结构疲劳寿命的预测方法.针对承载型十字焊接接头、非承载型十字焊接接头和对接焊接接头,开展了二级变幅载荷谱块的拉伸疲劳试验,分别采用Miner模型、M-H模型和Pavlou方法估算了试件的疲劳寿命.结果表明,Pavlou方法的预测精度明显高于其它2种模型,预测寿命与试验寿命误差散射图中数据点的分布形态更加合理,验证了Pavlou方法的精确性和有效性.进一步讨论了焊接接头S-N曲线存活率对疲劳寿命预测精度的影响,提出2.3%存活率可以获得较为满意的预测结果.

关键词：焊接结构疲劳寿命变幅载荷非线性损伤模型 S-N曲线存活率

动态模式分解及其在轴承早期故障诊断中的应用

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振动与冲击 2022年第12期41卷 313-320页

作者：文明党章余震吕勇魏国前武汉科技大学冶金装备与控制技术教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081 武汉科技大学国家实验机械教学示范中心武汉430081

滚动轴承是装备制造业中关键基础零部件,其在服役过程中的工作状态直接决定着主机产品的性能、质量和可靠性,有效的轴承早期故障监督检测技术是实现设备预防维修的重要保证。提出将动态模式分解(DMD)算法改进后应用于轴承早期故障信号... 详细信息

滚动轴承是装备制造业中关键基础零部件,其在服役过程中的工作状态直接决定着主机产品的性能、质量和可靠性,有效的轴承早期故障监督检测技术是实现设备预防维修的重要保证。提出将动态模式分解(DMD)算法改进后应用于轴承早期故障信号的特征提取中,传感器采集得到的原始时间序列通过投影降噪后进行动态模式分解,采用软阈值法自适应地根据原始信号噪声水平得到若干单频模式,对这些模式分量进行多尺度排列熵值计算,通过阈值法筛选出原始动力学系统中的低秩成分,对其进行恢复重构后提取早期故障特征频率。在仿真信号和实测信号的试验研究中验证了提出方法的有效性。

关键词：动态模式分解(DMD) 多尺度排列熵自适应截断秩特征提取

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焊趾半径对疲劳短裂纹演化行为的影响

焊接学报 2023年第11期44卷 88-95,I0007,I0008页

作者：钟广生魏国前闫梦煜冯梓彬武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081 武汉科技大学精密制造研究院武汉430081

焊趾半径对焊接结构的疲劳性能有重要影响.综合泰森多边形法和子模型技术,采用粘塑性率相关的晶体塑性本构,在宏观的十字形焊接接头焊趾局部构建了二维微观RVE(representative volume element)子模型.基于滑移带平均的疲劳指标参量计算... 详细信息

焊趾半径对焊接结构的疲劳性能有重要影响.综合泰森多边形法和子模型技术,采用粘塑性率相关的晶体塑性本构,在宏观的十字形焊接接头焊趾局部构建了二维微观RVE(representative volume element)子模型.基于滑移带平均的疲劳指标参量计算滑移带的成核寿命和扩展寿命,通过降低具有最小寿命的滑移带的弹性模量模拟裂纹的形成,实现了宏观-微观跨尺度疲劳短裂纹演化行为仿真.分析表明:当焊趾半径小于0.5 mm时,成核寿命随着焊趾半径增大而增大;当焊趾半径大于0.5 mm时,成核寿命主要受到晶粒形态与取向的影响呈现波动性变化.焊趾RVE子模型可划分为焊趾圆弧影响区和非影响区.在焊趾圆弧影响区,裂纹演化行为主要受到焊趾半径影响,成核位置有所差异,扩展速率随裂纹循环次数呈线性上升;随着裂纹扩展,焊趾半径影响逐渐减小,晶粒形态与取向影响逐渐增大;当裂纹扩展到非影响区,裂纹演化行为主要受到晶粒形态和取向的影响,扩展速率呈现较大的波动性.

关键词：疲劳指标参量晶体塑性焊趾半径短裂纹

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孪生诱发塑性钢大变形试样制备试验参数设计

实验室研究与探索 2023年第12期42卷 20-24,160页

作者：段若尘魏国前赵刚武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点试验室武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点试验室武汉430081 武汉科技大学精密制造研究院武汉430081

为了探究孪生诱发塑性(TWIP)钢在弯曲等大变形下的微观组织变化,需要制备给定大变形材料试样,然而在实际试验中很难精准确定合适的力学性能试验参数。针对四点弯作用下的TWIP钢试样制备条件,分别基于弹性模型、Ramberg模型和Chaboche模... 详细信息

为了探究孪生诱发塑性(TWIP)钢在弯曲等大变形下的微观组织变化,需要制备给定大变形材料试样,然而在实际试验中很难精准确定合适的力学性能试验参数。针对四点弯作用下的TWIP钢试样制备条件,分别基于弹性模型、Ramberg模型和Chaboche模型,采用有限元仿真模拟了试样在不同位移条件下的变形过程,获得了与给定大变形相匹配的试验参数。基于得到的试验参数开展了24次试验,结果表明试件实际变形与仿真计算结果具有较好的一致性。基于Chaboche模型的有限元仿真能够有效获取材料大变形试验的力学参数,而合适的材料参数是决定仿真结果精确性的关键因素。

关键词：孪生诱发塑性钢有限元分析材料本构模型大变形

晶粒分布形态对焊趾短裂纹疲劳行为影响的模拟

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机械强度 2023年第1期45卷 84-90页

作者：胡珂魏国前闫梦煜冯梓彬李阿虎武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081 武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学精密制造研究院武汉430081

焊接结构的疲劳裂纹常常萌生于焊趾局部。在复杂的冶金物理作用下,焊趾局部的微观晶粒尺寸及其分布形态呈现明显差异性。为了探究晶粒分布形态对焊趾短裂纹疲劳行为的影响,针对十字焊接接头试件,对焊趾局部的不同区域进行了金相检验,获... 详细信息

焊接结构的疲劳裂纹常常萌生于焊趾局部。在复杂的冶金物理作用下,焊趾局部的微观晶粒尺寸及其分布形态呈现明显差异性。为了探究晶粒分布形态对焊趾短裂纹疲劳行为的影响,针对十字焊接接头试件,对焊趾局部的不同区域进行了金相检验,获得粗晶区和细晶区的平均晶粒尺寸,构建了虑及晶粒分布形态的二维代表性体积单元(RVE)模型,基于FIP参量和McDowell模型实现了不同晶粒分布形态对焊趾短裂纹的成核与疲劳扩展行为的模拟,结果表明,微观晶粒尺寸和取向是焊趾短裂纹成核行为的重要影响因素;晶粒分布形态对短裂纹的早期行为影响较小,但在裂纹扩展至某个阈值长度之后,影响逐渐显著;一般情况下,细晶到粗晶的过渡方式可降低短裂纹的扩展速率。

关键词：晶粒分布形态焊趾短裂纹裂纹成核裂纹疲劳扩展 RVE模型

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基于粒子群算法的装配公差组合优化

组合机床与自动化加工技术 2022年第4期 143-147,152页

作者：秦桢唐秋华魏国前孙伟武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081

现有装配公差设计方法分别考虑各特征参数对装配误差的影响,忽视了特征参数间的耦合关系,需对各特征参数进行联合优化。为此,以手术机器人为例,基于每种特征参数,分析小位移旋量平动和转动矢量边界约束,提出雅克比旋量最值模型,并基于... 详细信息

现有装配公差设计方法分别考虑各特征参数对装配误差的影响,忽视了特征参数间的耦合关系,需对各特征参数进行联合优化。为此,以手术机器人为例,基于每种特征参数,分析小位移旋量平动和转动矢量边界约束,提出雅克比旋量最值模型,并基于此建立装配末端累积误差优化模型。设计改进粒子群算法,引入交叉和变异算子促进粒子间信息共享;设置罚函数动态调整交叉和变异概率;引入反向学习策略更新机制,深挖参数之间的关联性。实验结果显示,求解30次末端误差均为0.063 3 mm,算法运行时间在1 s以内,证明了所提出算法具有较好的收敛性,比常规蒙特卡洛法运算更快、所求解更优。

关键词：装配公差优化雅克比旋量模型改进粒子群算法蒙特卡洛

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考虑焊趾形貌的T形焊接接头三点弯疲劳试验

实验室研究与探索 2023年第3期42卷 16-19,31页

作者：李阿虎魏国前何文波武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081 武汉科技大学精密制造研究院武汉430081

针对弯曲载荷作用下焊趾疲劳裂纹的萌生与扩展问题,考虑焊趾形貌的影响,开展了T形焊接接头的三点弯疲劳试验。试验前,观察和测量试件双侧焊趾的形貌,得到系列形貌不规则的特征点,通过在部分特征点设置FBG应变传感器测量焊趾局部的应变... 详细信息

针对弯曲载荷作用下焊趾疲劳裂纹的萌生与扩展问题,考虑焊趾形貌的影响,开展了T形焊接接头的三点弯疲劳试验。试验前,观察和测量试件双侧焊趾的形貌,得到系列形貌不规则的特征点,通过在部分特征点设置FBG应变传感器测量焊趾局部的应变时间变化。施加了2级载荷谱块的循环载荷,在疲劳断口获得了清晰的海滩条带,结合断口形貌和焊趾形貌对焊趾裂纹的萌生和扩展行为进行了分析。结果表明,受弯焊接接头更易在焊趾形貌更恶劣的一侧萌生裂纹,且复杂的焊趾形貌容易导致多裂纹的产生,多裂纹的萌生位置与焊趾形貌特征点有较强的对应关系。

关键词：焊趾形貌三点弯 T形焊接接头 FBG应变传感器多裂纹