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基于主S-N曲线法的焊接结构虚拟疲劳试验理论与应用

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焊接学报 2014年第5期35卷 75-78,117页

作者：兆文忠魏鸿亮方吉李季涛大连交通大学交通运输工程学院大连116028 齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司齐齐哈尔161002

讨论了焊接结构虚拟疲劳试验技术的必要性与可行性.围绕美国机械工程师协会ASME(2007)标准中公开发表的用于焊接结构疲劳寿命评估的一个新方法:主S-N曲线法,进行了理论探讨,并认为它是基于焊接结构疲劳破坏机理的,因而比基于名义应力的... 详细信息

讨论了焊接结构虚拟疲劳试验技术的必要性与可行性.围绕美国机械工程师协会ASME(2007)标准中公开发表的用于焊接结构疲劳寿命评估的一个新方法:主S-N曲线法,进行了理论探讨,并认为它是基于焊接结构疲劳破坏机理的,因而比基于名义应力的方法更适合被选择为焊接结构虚拟疲劳试验的核心算法.介绍了两个典型的工程应用案例.结果表明,在设计阶段,基于主S-N曲线的焊接结构虚拟疲劳试验技术,可以有效地识别复杂焊接结构上每一条焊缝上的应力集中,这对设计修改具有很好的指导意义.

关键词：焊接结构疲劳损伤虚拟疲劳试验主S-N曲线法应力集中

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基于离散元法的沥青混合料虚拟疲劳试验方法

吉林大学学报（工学版） 2010年第2期40卷 435-440页

作者：陈俊黄晓明东南大学交通学院南京210096

为了从细观角度深入分析沥青混合料疲劳机理,运用离散元方法实现了沥青混合料小梁试件的虚拟疲劳试验。首先,根据概率理论,建立了由混合料三维体积级配至沥青混合料二维数字试件数量级配推导公式;接着,根据蒙特卡洛方法,编制了考虑集料... 详细信息

为了从细观角度深入分析沥青混合料疲劳机理,运用离散元方法实现了沥青混合料小梁试件的虚拟疲劳试验。首先,根据概率理论,建立了由混合料三维体积级配至沥青混合料二维数字试件数量级配推导公式;接着,根据蒙特卡洛方法,编制了考虑集料不规则形状的沥青混合料二维数字试件生成程序,以此生成了沥青混合料二维数字试件;然后,结合离散元基本原理,提出了包括沥青混合料离散元模型的建立、离散单元的接触模式选择和疲劳失效判断标准在内的一整套沥青混合料虚拟疲劳试验方法;最后,进行了沥青混合料小梁疲劳试验,并与基于离散元方法的虚拟试验结果进行了比较分析。研究结果表明,虚拟试验结果与真实试验结果相差无几,所建立的虚拟疲劳试验方法可以作为沥青混合料疲劳性能分析的辅助手段。

关键词：道路工程沥青混合料疲劳性能虚拟疲劳试验离散元法

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直升机虚拟疲劳试验中关键技术研究及探索

航空科学技术 2022年第6期33卷 59-66页

作者：朱志鹏汤永孙云伟杨丛青中国直升机设计研究所江西景德镇333001

直升机零部件疲劳试验是结构分析的重要环节,高效的疲劳试验可以加快直升机研制进度,因此开展直升机虚拟疲劳试验技术的研究探索十分必要。在阐述动力控制模型和刚柔耦合模型不同构建方式和技术要点的基础上,引入虚拟应变电桥技术作为... 详细信息

直升机零部件疲劳试验是结构分析的重要环节,高效的疲劳试验可以加快直升机研制进度,因此开展直升机虚拟疲劳试验技术的研究探索十分必要。在阐述动力控制模型和刚柔耦合模型不同构建方式和技术要点的基础上,引入虚拟应变电桥技术作为虚拟试验监测手段便于模型的调整和迭代,探索构建了虚拟液压加载控制系统-多体动力学-有限元联合仿真的直升机结构疲劳分析流程。基于以上关键技术构建的虚拟疲劳试验具有完整映射物理试验过程的特点,对缩短产品设计周期及节约试验成本有显著效果。

关键词：直升机虚拟疲劳试验刚柔耦合动力控制虚拟应变电桥

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焊接结构虚拟疲劳试验技术研究

机械设计 2007年第1期24卷 48-50页

作者：兆奇丁彦闯大连交通大学机械工程学院辽宁大连116028

针对焊接结构的疲劳问题,提出虚拟疲劳试验技术。基于有限元数值仿真技术及焊接接头S-N曲线数据库,在计算机中模拟物理样机的疲劳试验过程,预测焊接结构的疲劳寿命,使产品在设计阶段开展抗疲劳设计成为可能。虚拟疲劳试验在铁路车辆焊... 详细信息

针对焊接结构的疲劳问题,提出虚拟疲劳试验技术。基于有限元数值仿真技术及焊接接头S-N曲线数据库,在计算机中模拟物理样机的疲劳试验过程,预测焊接结构的疲劳寿命,使产品在设计阶段开展抗疲劳设计成为可能。虚拟疲劳试验在铁路车辆焊接摇枕上的应用验证了该技术的可行性。

关键词：虚拟疲劳试验焊接结构疲劳寿命有限元

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铁道车辆虚拟疲劳试验技术研究

铁道车辆 2008年第4期46卷 1-4页

作者：丁彦闯兆奇兆文忠大连交通大学机械工程学院辽宁大连116028 沈阳化工研究院辽宁沈阳110021

论述了虚拟动应力换算、疲劳评估标准及多载荷通道疲劳寿命计算等关键技术,并以焊接摇枕及构架的实际应用验证了该技术的可行性。

关键词：虚拟疲劳试验铁道车辆疲劳寿命数字化样机

基于多体动力学的某型号内燃机曲轴的虚拟疲劳试验研究

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基于多体动力学的某型号内燃机曲轴的虚拟疲劳试验研究

作者：郭万剑大连交通大学

学位级别：硕士

曲轴作为内燃机最重要的零件,其主要失效形式是疲劳破坏,如何在设计阶段对曲轴结构开展抗疲劳设计,预估其疲劳强度和全周期疲劳寿命,完成不同结构设计方案的优选,是提高内燃机结构可靠性的重要内容。论文把近年来被广泛认可的虚拟疲劳... 详细信息

曲轴作为内燃机最重要的零件,其主要失效形式是疲劳破坏,如何在设计阶段对曲轴结构开展抗疲劳设计,预估其疲劳强度和全周期疲劳寿命,完成不同结构设计方案的优选,是提高内燃机结构可靠性的重要内容。论文把近年来被广泛认可的虚拟疲劳试验技术应用在曲轴疲劳问题的研究中,以多体动力学理论、疲劳损伤理论和有限元理论为基础,综合应用数值模拟软件对某型号二冲程内燃机曲轴开展虚拟疲劳试验研究。首先,在ADAMS中对曲轴系进行动力学仿真分析。将满载荷工况作为研究工况,建立包含柔性曲轴在内曲轴系整体的刚柔耦合动力学仿真模型,以获取曲轴疲劳分析所需的模态坐标时间载荷历程;其次,应用ANSYS对曲轴进行模态分析,确定其各阶固有频率与振型,结合计算得到的曲轴对应工况下的工作频率,确定应用模态应力恢复理论对曲轴进行全周期疲劳寿命计算。此外提取多体动力学仿真获得的动态边界条件,对曲轴进行瞬态强度计算,得到每个载荷步对应的应力信息;最后,对曲轴的疲劳强度和寿命进行预估分析。先从理论上预估得到曲轴材料的S-N曲线,根据曲轴的结构特征计算确定其疲劳综合影响系数,结合瞬态强度计算的结果得到其疲劳安全系数,完成曲轴疲劳强度的评估。并且将模态坐标时间载荷历程、模态计算结果、材料的S-N曲线依次导入到nCode Design Life中,利用模态应力恢复理论计算确定曲轴的全周期疲劳寿命。虚拟疲劳试验研究的结果表明,曲轴的疲劳强度和全周期疲劳寿命均满足预定的设计要求。综上所述,本文应用虚拟疲劳试验技术对内燃机曲轴进行疲劳研究,完全在计算机平台上实现了对曲轴结构的疲劳强度评估和全周期疲劳寿命的计算。在内燃机和其他产品的设计阶段可以使用该技术完成对结构的疲劳寿命评估与设计方案选优,并为实际物理样机的疲劳试验提供参考,以达到节省时间和经济成本的目的。

关键词：内燃机曲轴虚拟疲劳试验模态应力恢复理论全周期疲劳寿命

基于实际载荷谱的电动汽车减速器虚拟疲劳试验方法研究

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基于实际载荷谱的电动汽车减速器虚拟疲劳试验方法研究

作者：席帅杰重庆理工大学

学位级别：硕士

目前电动汽车驱动的主要形式为“电机+减速器”的方案,减速器替代传统油车的变速器,成为传动系统的重要组成部件,其疲劳可靠性关系到整车的疲劳和行驶安全。近年来,随着CAE等虚拟仿真技术的快速发展,虚拟试验技术的应用得到了极大的推... 详细信息

目前电动汽车驱动的主要形式为“电机+减速器”的方案,减速器替代传统油车的变速器,成为传动系统的重要组成部件,其疲劳可靠性关系到整车的疲劳和行驶安全。近年来,随着CAE等虚拟仿真技术的快速发展,虚拟试验技术的应用得到了极大的推广。在产品开发阶段,使用虚拟试验技术,能大大提高产品的开发效率,降低开发成本,缩短研发周期。但是目前针对减速器的虚拟试验上存在加载信号简单,难以反映减速器在实际行驶中的真实受载情况的问题,导致其结果可信度不高。因此,本文基于实车采集的载荷谱,进行减速器虚拟疲劳试验方法研究,对于提高虚拟试验的准确性,加快减速器设计开发,具有较大的理论意义和工程应用价值。首先,结合激光转速传感器、六分力传感器和CAN总线等,建立了电动汽车减速器实车载荷谱采集方案,并进行了实车载荷谱采集。结合车速、逻辑开关等信息,对各典型路面载荷谱进行了识别和截取,并进行了时频域分析,选取较为恶劣,能耗较大的强化路面以及动力工况中的急加速和急制动路面行驶载荷作为减速器虚拟试验的输入载荷。接着,针对某二级固定速比减速器,提出了虚拟疲劳试验系统方案。建立了减速器传动零部件的三维模型及有限元模型,并进行了静力学分析。通过添加驱动及负载等边界约束条件,从而建立了减速器多刚体虚拟疲劳试验系统模型。在此基础上,提取了齿轮的柔性体文件,建立了减速器刚-柔耦合虚拟疲劳试验系统模型,并对其进行了运动学和动力学验证。然后,基于定值信号和实测载荷谱对减速器刚-柔耦合虚拟疲劳试验进行了调试,以强化路面以及动力工况中的急加速和急制动路面行驶载荷为输入,分别进行动力学仿真分析,提取出了齿轮啮合力载荷谱,并对各工况啮合力载荷谱进行了连接。最后,根据提取的啮合力载荷谱、有限元结果文件和材料S-N曲线修正得到的齿轮S-N曲线,基于Design Life应用名义应力法对减速器齿轮进行了疲劳寿命分析和评价。在此基础上,建立基于实际载荷谱的电动汽车减速器虚拟疲劳试验方法。

关键词：载荷谱减速器刚-柔耦合模型虚拟疲劳试验

基于虚拟样机技术的焊接结构“虚拟疲劳试验”研究

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基于虚拟样机技术的焊接结构“虚拟疲劳试验”研究

作者：兆奇大连交通大学

学位级别：硕士

疲劳破坏是铁路车辆的主要失效形式，铁路车辆提速、重载后，疲劳破坏事故显著增加。传统上，铁路车辆疲劳寿命预测是基于物理样机的疲劳试验，在设计阶段进行抗疲劳设计相当困难，尤其是对焊接结构的疲劳寿命预测更为困难。 ... 详细信息

疲劳破坏是铁路车辆的主要失效形式，铁路车辆提速、重载后，疲劳破坏事故显著增加。传统上，铁路车辆疲劳寿命预测是基于物理样机的疲劳试验，在设计阶段进行抗疲劳设计相当困难，尤其是对焊接结构的疲劳寿命预测更为困难。论文详细讨论了焊接结构疲劳寿命预测的两个难点：动应力谱难于获得、焊接接头S-N曲线数据库难于获得。为了克服这两个难点，论文提出了基于虚拟样机理论的“虚拟疲劳试验”技术。在详细地介绍了虚拟样机理论、英国钢结构疲劳评定标准（BS7608：1993）和国际焊接学会（IIW）标准之后，论文详细讨论了实施“虚拟疲劳试验”技术的路线。论文阐述了基于有限元技术获取动应力响应的方法与步骤，以及从英国钢结构疲劳评定标准（BS7608：1993）和国际焊接学会（IIW）标准获焊接接头S-N曲线的具体步骤。论文给出了运用Miner线性损伤累积理论进行疲劳寿命预测的基本原则。将铁路车辆结构疲劳试验的主要步骤映射到计算机内，给出了“虚拟疲劳试验”技术的关键支撑点，从而使在设计阶段进行疲劳寿命预测与方案对比可行。作为“虚拟疲劳试验”技术的具体应用，论文对高速客车转向架的焊接构架及出口客车的焊接摇枕进行了基于疲劳寿命预测的方案评估，指出了设计中疲劳寿命储备不足部位。应用表明，这项技术对铁路车辆产品开展以抗疲劳设计为核心的可靠性设计具有重要的应用价值。

关键词：铁路车辆焊接结构虚拟疲劳试验疲劳寿命预测

虚拟疲劳试验及其在重载敞车结构设计中的应用

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大连铁道学院学报 2006年第2期27卷 21-24页

作者：关晓丽李向伟兆文忠大连交通大学机械工程学院辽宁大连116028

针对车辆焊接结构重载后导致的疲劳断裂问题,提出了车辆产品设计阶段的虚拟疲劳实验对策.基于可靠的有限元数值仿真模型,以及美国AAR标准中的载荷谱、焊接接头的S-N曲线数据库,以重载新型敞车为应用对象,在设计阶段对其进行了疲劳寿命预... 详细信息

针对车辆焊接结构重载后导致的疲劳断裂问题,提出了车辆产品设计阶段的虚拟疲劳实验对策.基于可靠的有限元数值仿真模型,以及美国AAR标准中的载荷谱、焊接接头的S-N曲线数据库,以重载新型敞车为应用对象,在设计阶段对其进行了疲劳寿命预测,预测结果表明该车确实存在疲劳寿命薄弱部位.实现了真正意义上的货车寿命设计.

关键词：重载敞车虚拟疲劳试验有限元模型载荷谱 S-N曲线