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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

考虑附加损伤和缺口效应的缺口件多轴疲劳寿命预测模型

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中国机械工程 2024年第7期35卷 1194-1204页

作者：程琴高建雄袁逸萍朱鹏年新疆大学机械工程学院乌鲁木齐830017 中国石油化工股份有限公司西北油田分公司轮台841604

针对利用局部应力应变法预测缺口件多轴疲劳寿命结果误差较大的问题,基于临界平面理论,综合考虑缺口的应力梯度和尺寸以及附加强化效应对疲劳寿命的影响,提出一种多轴加载下缺口件疲劳寿命的预估方法。采用3种不同材料的缺口件实验数据... 详细信息

针对利用局部应力应变法预测缺口件多轴疲劳寿命结果误差较大的问题,基于临界平面理论,综合考虑缺口的应力梯度和尺寸以及附加强化效应对疲劳寿命的影响,提出一种多轴加载下缺口件疲劳寿命的预估方法。采用3种不同材料的缺口件实验数据进行模型验证,并将提出模型与2种经典模型的预测结果进行对比,结果表明:提出模型的预测精度高于另外两种,预测结果几乎都在二倍寿命误差带内。

关键词：多轴疲劳缺口件缺口效应附加损伤

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2198-T8铝锂合金多轴疲劳性能及裂纹扩展行为

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塑性工程学报 2024年第7期31卷 223-231页

作者：杜雪麟余海坤申得济邱星瀚徐鹏达国家管网集团西气东输郑州输气分公司河南郑州450000 国家管网集团西气东输公司银川输气分公司宁夏银川750001 中海油安全技术服务有限公司天津300300 中国民航大学中欧航空工程师学院天津300300

对2198-T8铝锂合金薄壁管状试样在不同加载条件下进行了拉扭复合疲劳裂纹扩展试验。结果明,随着裂纹扩展阶段的等效应力幅降低,试样的多轴疲劳寿命升高。当应力幅比升高时,多轴疲劳寿命降低,轴向应变变大,扭向应变变小,扭向应变集中滞... 详细信息

对2198-T8铝锂合金薄壁管状试样在不同加载条件下进行了拉扭复合疲劳裂纹扩展试验。结果明,随着裂纹扩展阶段的等效应力幅降低,试样的多轴疲劳寿命升高。当应力幅比升高时,多轴疲劳寿命降低,轴向应变变大,扭向应变变小,扭向应变集中滞后于轴向应变集中。结合数字图像相关技术,拟合疲劳裂纹扩展速率模型,并采用两种临界平面模型对裂纹扩展方向进行预测,其中最大正应力平面对裂纹扩展方向的预测效果最好。随着应力幅比的升高,裂纹扩展区微观形貌由磨损形貌变为磨损与疲劳条带共存的形貌,裂纹扩展模式由II型变为I+II型,最终变为以I型为主。

关键词： 2198-T8铝锂合金薄壁管件多轴疲劳裂纹扩展失效机理

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7075铝合金超声多轴疲劳断裂行为

航空发动机 2024年第4期50卷 121-127页

作者：韩广玲黄志勇王建申杰斌四川大学空天科学与工程学院成都610065 四川大学建筑与环境学院成都610065

针对航空发动机相关部件缺少铝合金7075-T6的超高周多轴疲劳S-N数据与疲劳断裂机制等相关数据问题,设计了新型超声多轴疲劳增幅杆和多轴疲劳试件,与超声换能器组成超声多轴疲劳设备,实现拉压和扭转应力的同时加载,获得了在109循环数范... 详细信息

针对航空发动机相关部件缺少铝合金7075-T6的超高周多轴疲劳S-N数据与疲劳断裂机制等相关数据问题,设计了新型超声多轴疲劳增幅杆和多轴疲劳试件,与超声换能器组成超声多轴疲劳设备,实现拉压和扭转应力的同时加载,获得了在109循环数范围内的超高周多轴疲劳S-N曲线。此外,在扫描电子显微镜(SEM)下观察多轴疲劳试件断口并进行分析。结果表明:当疲劳寿命处于高周(HCF)范围内时,多轴试件受到扭转应力的影响,裂纹从表面及次表面开始萌生,疲劳裂纹扩展路径上出现了大量的疲劳孔洞;在较大的裂纹尖端剪切力的高裂纹增长率影响下,疲劳孔洞在裂纹萌生点附近聚集。当疲劳寿命处于超高周(VHCF)范围时,裂纹萌生位置从表面逐步过渡到内部,内部裂纹萌生机制具有鱼眼特征,鱼眼中心出现的破碎颗粒起到应力集中点的作用,使裂纹从内部萌生。

关键词： 7075铝合金多轴疲劳裂纹萌生疲劳孔洞鱼眼航空发动机

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基于多轴疲劳理论的冶金起重机主梁母材疲劳失效机理研究

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起重运输机械 2024年第13期 84-90页

作者：李飞李向东刘浩曹夏江苏省特种设备安全监督检验研究院南京210036 重庆大学航空学院重庆400044

冶金起重机金属结构件的主要失效形式是疲劳破坏,疲劳失效多发于疲劳性能薄弱、应力最大或应力集中处。以往的疲劳研究往往只考虑垂直和水平方向的载荷受力,理论设计疲劳强度余量较大。由于实际工况比较复杂,使用一定年限的冶金起重机... 详细信息

冶金起重机金属结构件的主要失效形式是疲劳破坏,疲劳失效多发于疲劳性能薄弱、应力最大或应力集中处。以往的疲劳研究往往只考虑垂直和水平方向的载荷受力,理论设计疲劳强度余量较大。由于实际工况比较复杂,使用一定年限的冶金起重机母材会出现主梁开裂现象,高温环境下、垂直载荷、水平方向冲击载荷、大车轨道高差、钢丝绳吊载晃动等因素会导致拉伸-扭转多轴疲劳载荷。鉴于此,文中基于实际工况背景,以常用主梁箱体钢结构材料Q345B为研究对象,在实验室进行不同加载参量下的多轴高周疲劳试验,从而研究冶金起重机多轴高周疲劳失效的机理。

关键词：冶金起重机多轴疲劳疲劳寿命预测 S-N曲线

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变速箱中间轴焊接结构多轴疲劳寿命分析方法

中国机械工程 2023年第13期34卷 1605-1610,1627页

作者：曹蕾蕾康凡军郭城臣宋绪丁吕文彻长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室西安710064 陕西法士特齿轮有限公司陕西省齿轮传动重点实验室西安710119

重载车辆传动系统具有大速比、大扭矩的特点,其变速箱中间轴焊接结构承受复杂工作载荷,焊缝处易发生多轴疲劳破坏。为了更准确有效地对中间轴焊接结构的疲劳寿命进行评估,基于多轴结构应力法提出一种重载车辆变速箱中间轴焊接结构疲劳... 详细信息

重载车辆传动系统具有大速比、大扭矩的特点,其变速箱中间轴焊接结构承受复杂工作载荷,焊缝处易发生多轴疲劳破坏。为了更准确有效地对中间轴焊接结构的疲劳寿命进行评估,基于多轴结构应力法提出一种重载车辆变速箱中间轴焊接结构疲劳寿命分析方法,即建立含有焊缝细节的中间轴焊接结构有限元模型,求解得到焊缝危险点处的结构应力分量时间历程,并在结构应力平面上合成载荷路径,求得非比例加载路径的等效应力范围,最后结合主S-N曲线确定焊接结构的疲劳寿命。采用该方法分别对中间轴焊接结构的焊根、焊趾部位进行疲劳寿命分析并与疲劳台架试验结果进行对比,结果表明:分析得到的疲劳破坏位置和寿命值与疲劳台架试验结果均有良好的一致性,且焊根与焊趾寿命分析结果间的差异与已有文献多轴疲劳试验数据相一致,说明采用多轴结构应力法对变速箱中间轴焊接结构的疲劳寿命评估是可靠的。

关键词：变速箱中间轴焊接结构多轴疲劳多轴结构应力法非比例载荷路径

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非粘接内波纹柔性管道多轴疲劳分析研究

中国造船 2023年第4期64卷 1-15页

作者：张凯仑英玺蓬曹慧鑫步宇峰杨志勋阎军大连理工大学工程力学系工业装备结构分析国家重点实验室中国船舶与海洋工程设计研究院哈尔滨工程大学机电工程学院大连理工大学宁波研究院

针对无码头浮式传输系统中的非粘接内波纹柔性管道结构多轴疲劳问题，构建了随机载荷作用下的多轴疲劳分析方法，将管道水动力载荷与应力张量计算结果匹配叠加获得应力变化时程，基于临界平面法计算多轴疲劳寿命。以无码头浮式传输系统... 详细信息

针对无码头浮式传输系统中的非粘接内波纹柔性管道结构多轴疲劳问题，构建了随机载荷作用下的多轴疲劳分析方法，将管道水动力载荷与应力张量计算结果匹配叠加获得应力变化时程，基于临界平面法计算多轴疲劳寿命。以无码头浮式传输系统在某海域的应用为例，对比讨论了多轴与传统单轴疲劳分析方法，揭示多轴疲劳分析方法在解决非粘接内波纹柔性管道疲劳问题中的机理和优势。相比于传统单轴疲劳分析中不同载荷形式下的最大应力值叠加的基本假设，论文构建的多轴疲劳分析方法采用遍历疲劳热点区域所有单元节点的方式对其应力张量进行组合叠加，提高了最小疲劳寿命值及其环向位置计算的准确性，可为解决复杂海洋管道结构的多轴疲劳问题提供参考。

关键词：非粘接内波纹柔性管道液化天然气多轴疲劳

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管板焊接节点多轴疲劳性能及寿命预测方法

建筑结构学报 2023年第8期44卷 234-245页

作者：韩庆华李洋芦燕王培鹏天津大学中国地震局地震工程综合模拟与城乡抗震韧性重点实验室天津300350 天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300350 天津大学建筑工程学院天津300350 天津城建大学土木工程学院天津300384

管板焊接节点易处于弯剪扭复杂受力状态,为研究其疲劳失效受多轴疲劳机理,开展了以管轴力控制的Q235B管板焊接节点多轴疲劳试验,考虑轴向与切向应力分量相位差、切向与轴向应力幅值比和加载波形等多轴加载路径因素的影响,获得焊接节点... 详细信息

管板焊接节点易处于弯剪扭复杂受力状态,为研究其疲劳失效受多轴疲劳机理,开展了以管轴力控制的Q235B管板焊接节点多轴疲劳试验,考虑轴向与切向应力分量相位差、切向与轴向应力幅值比和加载波形等多轴加载路径因素的影响,获得焊接节点多轴循环受力响应、疲劳裂纹宏观形貌及多轴疲劳性能。研究发现:疲劳加载过程中节点经历稳定循环、刚度退化及断裂失效等三个阶段,对于存在非比例强化的节点在稳定加载时会出现循环软化现象;在刚度退化阶段,轴向刚度与扭转刚度不同步退化;反映非比例强化效应的路径因子越大,疲劳断面的粗糙程度越高;多轴比例加载路径下的节点疲劳寿命大于非比例加载路径下的;非比例加载路径中,圆形加载路径下的节点疲劳寿命最小。采用现有的临界面模型和考虑应变加权的临界面模型计算了管板焊接节点多轴疲劳寿命并进行对比。结果显示,考虑应变加权的临界面模型疲劳寿命预测精度最高,在1.5倍、2倍和2.5倍误差带内预测数据占总数据的比例分别为64.3%、88.1%和100%。

关键词：管板焊接节点多轴疲劳非比例加载应变加权法疲劳寿命预测

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一种新的多轴疲劳寿命预测模型及其应用

机械强度 2023年第3期45卷 723-728页

作者：任重秦仙蓉张氢孙远韬刘渊同济大学机械与能源工程学院上海200092 中国特种设备检测研究院北京100076

机械部件在运行过程中承受多轴循环加载时易发生附加强化效应,采用单轴疲劳寿命计算公式对其寿命进行预测会产生较大误差,而现有多轴疲劳寿命预测模型由于含有大量材料常数也不便于工程应用。针对上述问题,基于不同应力对疲劳微裂纹的... 详细信息

机械部件在运行过程中承受多轴循环加载时易发生附加强化效应,采用单轴疲劳寿命计算公式对其寿命进行预测会产生较大误差,而现有多轴疲劳寿命预测模型由于含有大量材料常数也不便于工程应用。针对上述问题,基于不同应力对疲劳微裂纹的萌生、促进作用机制,结合剪切损伤模型,提出一种新的损伤参量表达形式,并结合Manson-Coffin-Basquin方程推导得到对应的多轴疲劳寿命预测模型。采用两种材料在非比例加载、比例加载路径下的实验数据对提出的寿命预测模型进行验证,并与FS(Fatemi-Socie)模型的预测结果进行对比,结果表明,提出的模型具有良好的预测效果。最后将该模型应用于大摆锤吊臂疲劳寿命预测,结果说明吊臂满足疲劳寿命要求。

关键词：多轴疲劳附加强化效应损伤参量寿命预测非比例加载