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光纤布喇格光栅器件应力疲劳评价理论研究

光子学报 2013年第7期42卷 805-811页

作者：舒岳阶陈伟民章鹏刘浩张伟刘显明重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室重庆400044

光纤布喇格光栅器件应力疲劳特性严重影响着光纤光栅应变传感器的长期可靠性,为了评估光纤光栅器件的应力疲劳特性,分析了光纤光栅应变传感器的封装结构对疲劳评价的影响,并以表面直接粘接的简化模型评估了光纤光栅器件的应力疲劳特性.... 详细信息

光纤布喇格光栅器件应力疲劳特性严重影响着光纤光栅应变传感器的长期可靠性,为了评估光纤光栅器件的应力疲劳特性,分析了光纤光栅应变传感器的封装结构对疲劳评价的影响,并以表面直接粘接的简化模型评估了光纤光栅器件的应力疲劳特性.从简化模型的基本力学与光学特性出发,提出以光谱特性的边模抑制比和带宽作为评价光纤光栅器件疲劳的指标体系,以传感特性的灵敏度、线性度和应变传递效率作为评价粘接层疲劳的指标体系.设计了基于等强度梁的光纤光栅器件加速疲劳实验,疲劳的应力幅度为500微应变,频率为18赫兹;1000万次疲劳实验后,三支光纤光栅的带宽平均增加2.07%,平均应变传递效率和平均灵敏度分别下降4.5%和3.9%,实验结果说明提出的指标体系能有效地区分粘接层和光纤光栅的疲劳,从而验证了该评价理论的可行性.

关键词：光纤布喇格光栅器件评价指标可靠性应力疲劳光谱特性传感特性等强度梁

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基于矩法的应力疲劳寿命可靠性曲线分析方法

应用力学学报 2009年第1期26卷 186-189页

作者：徐楠王威强李乃根山东建筑大学济南250101 山东大学济南250061

通过对Weibull分布、正态分布、指数分布等常用概率模型函数的中值疲劳寿命和高可靠度疲劳寿命关系的分析,建立了应力疲劳寿命可靠性通用表达式。指出疲劳寿命服从各常用分布的可靠性公式都可看作应力疲劳寿命通用公式的特例。基于概率... 详细信息

通过对Weibull分布、正态分布、指数分布等常用概率模型函数的中值疲劳寿命和高可靠度疲劳寿命关系的分析,建立了应力疲劳寿命可靠性通用表达式。指出疲劳寿命服从各常用分布的可靠性公式都可看作应力疲劳寿命通用公式的特例。基于概率模型分布函数的矩法理论,提出了适用于5种常用概率模型分布的应力疲劳寿命可靠性曲线分析方法。应用基于矩法的应力疲劳寿命可靠性曲线分析方法,获得了42CrMo硬齿面齿轮轮齿弯曲疲劳试验寿命数据的中值疲劳寿命和高可靠度疲劳寿命曲线方程。

关键词：可靠性应力疲劳概率模型疲劳寿命矩法理论

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环境温度对16MnR钢应力疲劳的影响

压力容器 2006年第9期23卷 16-20页

作者：范志超陈学东蒋家羚国家压力容器与管道安全工程技术研究中心安徽合肥230031 浙江大学化机研究所浙江杭州310027

进行16MnR钢不同温度应力控制下的脉动循环试验和SEM分析。发现300℃左右是16MnR钢动态应变时效较为显著的温度,材料具有循环硬化、疲劳强度较高,循环蠕变速率较小的特点,断口具有延性脆性综合特征,循环蠕变孔洞较少,循环蠕变对材料疲... 详细信息

进行16MnR钢不同温度应力控制下的脉动循环试验和SEM分析。发现300℃左右是16MnR钢动态应变时效较为显著的温度,材料具有循环硬化、疲劳强度较高,循环蠕变速率较小的特点,断口具有延性脆性综合特征,循环蠕变孔洞较少,循环蠕变对材料疲劳不起主要的作用;当温度低于或高于蓝脆温度时,材料具有循环软化、疲劳强度较低、循环蠕变速率较大的特点,循环蠕变对疲劳损伤起着加速的作用,断口具有延性断裂特征,循环蠕变孔洞较多;但当温度接近材料再结晶温度时,由于发生了再结晶,使断口韧窝和蠕变孔洞变浅、变小。

关键词： 16MnR钢中温应力疲劳动态应变时效强化循环蠕变

考虑应力疲劳的柔顺机构多质量特性稳健优化设计研究

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考虑应力疲劳的柔顺机构多质量特性稳健优化设计研究

作者：叶祥江西理工大学

学位级别：硕士

柔顺机构因其特有的优越性,已逐渐成为微机电系统(MEMS)、航空航天、生物工程以及医疗器械等高精尖领域的重要组成部分,针对以柔顺机构为主要功能构件的微夹持器在实际工作过程中经常出现疲劳损伤、夹持精度不高和位移敏感度不达标等现... 详细信息

柔顺机构因其特有的优越性,已逐渐成为微机电系统(MEMS)、航空航天、生物工程以及医疗器械等高精尖领域的重要组成部分,针对以柔顺机构为主要功能构件的微夹持器在实际工作过程中经常出现疲劳损伤、夹持精度不高和位移敏感度不达标等现象,本文提出一种将机构的应力疲劳考虑到柔顺机构的多质量特性稳健优化设计中去的新方法,从而在设计阶段保证产品的质量与可靠性。以某型号微夹持器作为研究对象展开如下工作:(1)对柔顺机构微夹持器进行多质量特性分析。首先,对微夹持器的质量特性波动问题和工作原理进行简要概述和剖析,并结合实际工况对材料的选择作出阐述;其次,运用静力学理论对机构的输出位移进行理论建模和仿真,运用模态分析理论对机构的固有频率进行理论建模和仿真,运用应力疲劳理论对机构理论建模,通过计算机仿真分析机构最易发生疲劳损伤的位置和程度;最后,将柔顺机构微夹持器的输出位移、一阶模态振型固有频率和薄弱处的最大等效应力作为后续稳健优化设计的三大质量特性。(2)针对在考虑应力疲劳的6σ多质量特性稳健优化过程中,由于设计参数众多而降低稳健优化效率的问题,通过采用基于Spearman秩相关系数对设计参数的灵敏度进行分析以完成对设计参数的初步筛选。采用PB(Plackett-Burman)部分因子试验设计法对微夹持器初始的设计参数进行试验方案设计,通过仿真获取相关数据,通过Spearman秩相关系数对设计参数展开灵敏度分析,筛选出了对三大质量特性较为敏感的设计参数。为后续高效进行多质量特性稳健优化设计奠基。(3)对柔顺机构微夹持器进行考虑应力疲劳的6σ多质量特性稳健优化设计。首先,对筛选后的设计参数实施中心复合试验设计(CCD),运用基于人工神经网络算法的响应曲面法对设计参数和质量特性进行函数关系拟合,并对数学模型进行精度检验;然后,分别建立柔顺机构微夹持器多质量特性的确定性优化设计模型和6σ稳健优化设计模型,将机构最易发生疲劳损伤处的最大等效应力考虑到模型的约束中;接着,采用NSGA-Ⅱ算法对模型进行多目标优化求解;最后,通过σ水平对两种模型进行优化效果评价,检验优化后三大质量特性的改善效果,最终实现对微夹持器多质量特性的稳健优化设计。

关键词：微夹持器应力疲劳 Spearman秩相关系数多质量特性稳健优化设计

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光纤光栅应力疲劳失效特征研究

光纤光栅应力疲劳失效特征研究

作者：舒岳阶重庆大学

学位级别：硕士

光纤光栅具有许多优良特性，广泛应用于土木工程、航空航天、石油化工和其他应力应变监测场合。但是，在实际工程应用中，光纤光栅长期处于变荷载环境中，应力疲劳作用会使得光纤光栅的传感性能逐渐蜕化，甚至完全失效。而疲劳失效的光... 详细信息

光纤光栅具有许多优良特性，广泛应用于土木工程、航空航天、石油化工和其他应力应变监测场合。但是，在实际工程应用中，光纤光栅长期处于变荷载环境中，应力疲劳作用会使得光纤光栅的传感性能逐渐蜕化，甚至完全失效。而疲劳失效的光纤光栅产生的错误信号可能会引导系统的执行机构做出错误的动作，进而带来严重的后果。因此，通过某些特征甄别已疲劳失效或将要疲劳失效的光纤光栅具有重要意义。本文在介绍光纤光栅应变传感原理的基础上，详细分析了光纤光栅应变传感器的组成及力学传递过程，随后分析了光纤光栅应变传感网络的组成，并指出光纤光栅是最容易出现疲劳蜕化的部分。介绍了现有的四种光纤光栅峰值检测算法，结合这四种算法详细分析了光谱质量对其传感的影响。将光谱畸变的类型分为三种，并详细分析了这三种畸变类型对中心波长检测结果的影响，并提出评价这三种畸变类型的指标。分析结果表明，边模抑制比、主瓣峰谷比和3dBm带宽这三个指标可以作为光纤光栅疲劳失效特征。建立了基于裂纹扩展的光纤光栅应力疲劳失效机理，详细分析了光纤光栅内应力的来源，应力疲劳与裂纹之间的相互作用，据此，将光纤光栅应力疲劳过程分为三个阶段：微裂纹形成阶段、微裂纹扩展阶段和光纤光栅断裂阶段。并利用传输矩阵法得到了裂纹作用下的光纤光栅反射光谱，通过实例仿真分析发现，应力疲劳导致光纤光栅反射光谱蜕化，且畸变的形式与实际的光谱畸变类型一致。从理论上证明边模抑制比、主瓣峰谷比和3dBm带宽这三个指标可以作为光纤光栅疲劳失效特征。设计了光纤光栅加速应力疲劳实验装置，并进行了一系列的疲劳实验。结合前述理论分析与实验结果，发现边模抑制比和3dBm带宽可以作为光纤光栅疲劳失效特征，并提出了疲劳失效判据：若边模抑制比小于5dBm且带宽大于等于0.3nm，则光纤光栅极有可能完全失效;若边模抑制比大于等于5dBm，小于等于10dBm，且带宽变化的历史数据不断增加，则该光纤光栅极有可能测得的数据不可靠;若边模抑制比大于10dBm，且带宽基本保持不变，则光纤光栅极有可能还能正常传感。提出的疲劳失效特征为甄别在役光纤光栅是否疲劳失效提供了判据。

关键词：光纤光栅应力疲劳失效特征

小型全封闭压缩机阀片动态特性与应力疲劳研究

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小型全封闭压缩机阀片动态特性与应力疲劳研究

作者：王俞浙江工业大学

学位级别：硕士

小型全封闭制冷压缩机是制冷系统的核心部件,如何提高压缩机的性能,一直是制冷领域的市场需求和研究热点。阀片是压缩机循环工作的关键构件,其性能状况直接影响压缩机的运行性能。本文以小型全封闭压缩机阀片为研究对象,从流固耦合数值... 详细信息

小型全封闭制冷压缩机是制冷系统的核心部件,如何提高压缩机的性能,一直是制冷领域的市场需求和研究热点。阀片是压缩机循环工作的关键构件,其性能状况直接影响压缩机的运行性能。本文以小型全封闭压缩机阀片为研究对象,从流固耦合数值模拟和实验验证的角度研究压缩机阀片的运动规律和受应力情况,及两者对压缩机性能产生的影响。主要研究工作如下:(1)依据小型全封闭压缩机的工作原理和工作过程,建立了压缩机气缸容积与各运动部件之间的数值关系。提取阀组、活塞、气缸等构件的几何模型,结合流体力学和结构力学的理论基础,构建了压缩机阀组流体域、结构域的数值模型。通过流固耦合方法能求解流体的压力和速度、以及阀片的运动速度与升程位移等。为了验证压缩机三维流固耦合模型的准确性,搭建了实验验证平台。通过两种工况下吸、排气压力和气缸内压力变化的实验数据与数值计算数据对比,验证了流固耦合数值模型的准确性。(2)通过流固耦合数值模型的计算求解,探究了压缩机在不同压缩比、不同曲柄转速、不同限位器高度下排气阀片的运动速度、升程位移等动态变化,以及排气质量流量和排气回流量的变化规律。依据模型数据分析,压缩机阀片在压缩比为8.65、排气限位器高度1.68mm、转速保持在2400～3000r/min时,排气回流量小、运行性能较佳。(3)阀片应力受到其动态特性影响,通过数值模型研究对比了不同压缩比、不同曲柄转速、不同阀片厚度下吸气阀片的受应力情况,得到本文压缩机在压缩比13.71、转速保持在1800～2000r/min时,吸气阀片运行受到的应力较小。根据吸气阀片所受最大应力值和应力云图可得到阀片腰部区域在运动过程中受应力较大。对加速寿命标准工况下的阀片受应力状态进行了数值模拟,得到吸气阀片受弯曲应力影响较大。并且依据阀片设计理论对阀片应力疲劳进行初步分析。(4)通过压缩机加速寿命实验平台对压缩机进行了四种不同时长的加速实验。将加速实验后的吸气阀片分区,用X射线衍射仪、三维表面测量仪和金相显微镜对阀片进行观测、检测。通过对比吸气阀片微观现象发现,数值分析中阀片受应力最大的腰部区域产生了微变形,其内部金相发生变化,且腰部积累的循环应力造成内部残余拉应力明显增加。本文利用流固耦合数值模型的方法研究压缩机阀组,弥补和降低了实验测量的难度。基于流固耦合压缩机模型,分别对比分析了吸、排气阀片在不同工况与不同设计参数下的等效应力值、排气流量值。相关结论能为判断压缩机阀片疲劳和评价压缩机阀片性能提供参考依据,对压缩机阀片的设计优化和性能提升具有一定的理论和实践指导意义。

关键词：全封闭压缩机流固耦合动态特性排气回流应力疲劳

不同树脂粘结技术对根管治疗上颌前磨牙MO洞型复合树脂直接修复应力疲劳的影响

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不同树脂粘结技术对根管治疗上颌前磨牙MO洞型复合树脂直接修复应...

作者：潘雅慧南京大学

学位级别：硕士

随着齿科修复材料的更新和粘结技术的进步,临床对根管治疗后牙齿的修复治疗方式趋于多样化,除了传统全冠或桩冠修复外,直接复合树脂充填作为一种牙体预备量较少的修复方式越来越受到青睐。面临床上,上颌前磨牙折裂颇为常见,因前磨牙的... 详细信息

随着齿科修复材料的更新和粘结技术的进步,临床对根管治疗后牙齿的修复治疗方式趋于多样化,除了传统全冠或桩冠修复外,直接复合树脂充填作为一种牙体预备量较少的修复方式越来越受到青睐。面临床上,上颌前磨牙折裂颇为常见,因前磨牙的牙尖明显,咀嚼时受到侧向力较大,而且颈部缩窄,抗力较小。其次,前磨牙的特殊位置使其既具有协助尖牙撕裂食物的功能,也具有磨牙捣碎食物的功能,因此,前磨牙分担了较大的力,因此在根管治疗后发生牙体折裂的概率会增大而其修复仍存在争议。尤其是对于较小的牙体缺损,如MO洞型,其最优的修复方式仍无定论,临床上根管治疗后常使用复合树脂进行充填。目前,越来越多的新型粘结系统被不断引进牙科领域。其中通用型粘结剂因其操作简便备受临床医师的欢迎。通用型粘结剂作为一种单组分单瓶装的光固化粘结剂,因其组分的弱酸性,可根据适应证选择酸蚀-冲洗、选择性酸蚀或自酸蚀处理。但目前这类材料的体外实验及临床试验都较少。而通用型粘结剂采用不同粘结方式对其修复的效果如何还需经过临床的证明。由于临床实验的不可控因素相当多,相比之下,在体外实验进行评价更为适宜。体外衡量齿科粘结系统粘结效果的方法有很多种,其中动态应力疲劳循环实验所提供的信息符合口内咀嚼功能情况,用这种方法评价根管治疗牙齿的修复方式和修复材料较为适宜。应力疲劳是导致根管治疗牙齿修复失败的最直接原因。另外,在口腔长时间的使用过程中,温度变化导致的粘结剂的老化对修复的失败有很大的影响。因此,老化实验对粘结效果的评估也非常重要。[目的]研究通用型树脂粘结剂在不同树脂粘结技术下,对根管治疗后上颌前磨牙冷热循环前后MO洞型复合树脂直接充填的牙体应力疲劳的影响。[方法]选用因正畸减数拔出的无龋、无损伤、完整的上颌前磨牙44颗。进行根管治疗后,按照固定尺寸和比例预备MO洞型。离体牙随机分为4组。TE组:全酸蚀处理组,窝洞牙釉质使用32%磷酸酸蚀30秒,牙本质粘结面使用32%磷酸酸蚀15秒,冲洗吹干后,涂布通用型粘结剂,光固化后复合树脂充填;SE组:选择性酸蚀处组理,窝洞牙釉质使用32%磷酸酸蚀30秒,牙本质粘结面不进行酸蚀,冲洗吹干后,涂布通用型粘结剂,光固化后复合树脂充填;TET组:全酸蚀后,涂布通用型粘结剂,光固化后复合树脂充填,然后冷热循环20 000次;SET组:选择性酸蚀后,涂布通用型粘结剂,光固化后复合树脂充填,然后冷热循环20 000次。每组随机选择一个试件沿颊腭尖方向切开,使用扫描电镜观察全酸蚀及选择性酸蚀处理后牙釉质及牙本质的粘结界面。剩下试件包埋后,固定在疲劳加载机上,牙体长轴与垂直方向呈45°夹角,加载头作用于腭尖颊斜面的1/2处,疲劳加载120万次,50N,2Hz。断裂试件在体式显微镜下观察断裂模式,并使用监控器精确记录每颗牙的断裂次数。断裂次数用Log-rank检验进行生存分析,并按照如下标准统计断裂模式。断裂模式:Ⅰ型-断裂未累及树脂充填物,断裂线在釉牙骨质界以上;Ⅱ型-断裂累及树脂充填物,断裂线在釉牙骨质界以上;Ⅲ型-断裂线在釉牙骨质界到釉牙骨质界以下2mm之间;ⅣV型-断裂线在釉牙骨质界以下2mm以下。[结果]在未进行冷热循环之前,TE组与SE组生存分析无统计学差异。冷热循环后,TET组与SET组也无统计学差异。但冷热循环前后,即SE组与SET组有统计学差异(P应力疲劳能力降低的幅度更大。

关键词：根管治疗上颌前磨牙 MO洞型树脂粘结复合树脂应力疲劳

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超临界锅炉启动分离器应力疲劳寿命分析

超临界锅炉启动分离器应力疲劳寿命分析

作者：周志磊南昌大学

学位级别：硕士

锅炉是电厂三大主设备之一，通过工质将热能转换为动能以驱动汽轮机发电，在长期的使用过程中锅炉部件材料由于受工质温度和压力的影响会产生应力疲劳、蠕变等现象。大容量火电超临界机组锅炉的启动分离器是启动体系中重要的组成部件，... 详细信息

锅炉是电厂三大主设备之一，通过工质将热能转换为动能以驱动汽轮机发电，在长期的使用过程中锅炉部件材料由于受工质温度和压力的影响会产生应力疲劳、蠕变等现象。大容量火电超临界机组锅炉的启动分离器是启动体系中重要的组成部件，可以说它是启动体系的中枢，主要作用是将蒸汽和水进行分离。在锅炉的启动过程特别是在初始阶段工质压力和温度在较短时间会发生很大变化，分离器在受到大的温变会产生热应力，又受工质内压产生一次应力，在温度较高的情况下，发生应力集中现象，这时会使启动分离器发生疲劳损伤从而缩短启动分离器的使用寿命。本文的研究对象是东方锅炉厂生产的某型超临界直流锅炉的启动分离器，首先利用PROE软件创建启动分离器三维实体模型，然后将模型导入到ANSYS软件运用有限元方法根据已知的工质温度变化数据计算模拟了分离器在机组冷态启动过程中的温度分布以及温度随时间的变化规律，并以计算出来的温度分布为基础模拟计算出了分离器在该阶段所产生的热应力情况，然后利用工质的启动压力和温度数据模拟计算了一次应力和峰值应力随时间的变化情况，最后采用英国BS5500压力容器设计疲劳曲线和相应的应力计算方法来进行锅炉启动分离器在冷态启动过程中的寿命损耗分析。

关键词：启动分离器有限元应力疲劳寿命损耗

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用方形试样研究热作模具钢的热应力疲劳

安徽工学院学报 1985年第3期4卷 42-49页

作者：束德林郭新成李健安徽工学院机械制造系

用方形试样研究了3Cr2W8V钢热应力疲劳抗力的变化规律,结果与用V型缺口试样(缺口角60°,缺口深度1.5毫米,根部曲率半径0.3毫米)相同。方形试样能清楚显示热应变集中与氧化腐蚀在热应力疲劳过程中的作用,且加工方便,需要的试样数量较少,... 详细信息

用方形试样研究了3Cr2W8V钢热应力疲劳抗力的变化规律,结果与用V型缺口试样(缺口角60°,缺口深度1.5毫米,根部曲率半径0.3毫米)相同。方形试样能清楚显示热应变集中与氧化腐蚀在热应力疲劳过程中的作用,且加工方便,需要的试样数量较少,但试验周期较长。试验结果指出,3Cr2W8V钢经1150℃淬火和570℃回火,热应力疲劳抗力最佳。

关键词：应力疲劳热作模具钢疲劳抗力热应力淬火温度热疲劳性能回火温度试验周期疲劳过程淬火加热温度