金属疲劳剩余寿命预测模型的一种探索

利用基于热力学的非线性连续疲劳损伤理论，考虑应力幅带来的非线性累积效应，理论上探索了金属电阻变化率与疲劳寿命的关系。提出了用电阻变化率进行疲劳损伤剩余寿命分析的模型。并通过电阻变化测定实验，验证了理论模型。为金属疲劳剩余寿命的预测提出一种理论模型和新的实践方法。     

基于静强度分布参数的复合材料剩余强度及寿命预测

为探讨剩余强度及疲劳寿命与初始静强度分布参数之间的关系,构建基于初始静强度分布参数的剩余强度和疲劳寿命计算模型。在模型构建过程中未涉及复合材料结构的层数、铺层厚度和铺层方向,适应性强。模型参数可通过静力试验和剩余强度试验获得,试验成本相对疲劳试验较低。剩余强度和疲劳寿命与初始静强度变异系数及其分布参数有关,当初始静强度服从威布尔分布时,疲劳寿命亦服从威布尔分布,可为开展疲劳可靠性提供借鉴和参考。算例表明,基于建立的模型,剩余强度计算结果最大误差为-1.58%,疲劳寿命与试验数据吻合较好。     

谱荷载下剩余强度衰减的混凝土疲劳寿命可靠性分析

在Ｓ－Ｎ曲线的基础上，建立了一个描述混凝土剩余强度衰减的模型，并利用该模型对在谱荷载作用下混凝土试件的疲劳寿命及其可靠性进行了分析，得到疲劳寿命基于三参数Ｗｅｉｂｕｌｌ分布的分布函数．通过试验验证了该方法得出的结果是可靠的，且计算简便，便于在工程中应用．     

不完美维护活动干预下的设备剩余寿命估计

剩余寿命估计是保障设备安全性和可靠性的关键技术。现有文献在研究维护活动干预下的设备剩余寿命估计问题时,通常仅考虑维护活动对退化水平或退化速率的单一影响,忽略了维护活动对两者的双重影响。鉴于此,提出了一种考虑不完美维护活动影响的性能退化建模与剩余寿命估计方法,融合了维护活动对设备退化水平和退化速率的双重影响。首先基于扩散过程分阶段建立存在不完美维护活动干预下的随机退化模型,然后基于设备的状态监测数据和维护数据对模型参数进行极大似然估计和Bayesian更新,最后在首达时间的概念下,推导得到了剩余寿命的解析概率分布。实验结果表明,所提出方法能够大大提高存在不完美维护活动影响设备的剩余寿命估计精度。     

既有铁路钢桥剩余疲劳寿命的概率性评估

中国铁路线上大量既有钢桥承受着日益繁重的交通荷载,其疲劳剩余寿命与使用安全已受到桥梁管理部门的高度重视,为避免不必要的维护与更换,应建立合理的既有钢桥使用安全评估方法。在建立能反映铆接钢桥疲劳破坏机理的脆断和韧断概率失效模型基础上,给出了疲劳可靠性分析的极限状态方程,并合理确定了随机变量的参数取值。建立了铆接钢桥构件双角钢概率疲劳破坏模型,基于Monte Carlo算法实现了铆接钢桥构件双角钢疲劳断裂失效概率的计算,编制了相应的概率断裂分析程序DAPFF。进而将概率断裂力学评估方法应用于京九线赣江桥的时变疲劳可靠度分析,并给出了赣江桥概率疲劳剩余寿命评估结果与维护对策。     

基于实测载荷谱的重载铁路货车车钩钩尾框剩余寿命预测

随着我国重载铁路货车运行规模及开行频次的增加, 车钩钩尾框断裂破坏问题日益严重. 本文以国产16/17型车钩钩尾框(锻造E级钢)为研究对象, 首先通过系统的材料试验获得了锻造E级钢的基本力学性能和断裂性能参数; 其次建立了含初始裂纹缺陷的钩尾框有限元模型; 最后基于实测线路载荷谱, 采用NASGRO方程开展了伤损钩尾框剩余寿命预测. 计算结果表明: 当裂纹形貌比a/c为0.8, 0.5, 0.3时计算得到的车钩钩尾框剩余寿命逐渐减小, 疲劳裂纹从深度2 mm扩展至20 mm的计算剩余寿命分别为36, 32, 26万公里, 均不足一个段修期; 3种裂纹形貌比下裂纹扩展至12 mm后的剩余寿命占比均较小, 仅为总剩余服役里程的4.7%, 4.0%, 2.2%, 因此可将12 mm作为钩尾框损伤容限止裂判据较为合理; 为研究近门槛区对裂纹扩展寿命的影响, 当裂纹形貌比为0.5且初始裂纹的尺寸降低至0.5 mm时, 裂纹将处于裂纹扩展门槛区附近, 剩余服役里程约为156万公里, 约为2 mm初始裂纹的4.9倍, 跨越了三个段修期. 论文研究结果可为重载铁路货车钩尾框检修周期的优化提供基本参考.      

杆—杆型复合挤压过程工件杆部表面裂纹缺陷的预测

采用则塑性有限元法杆－杆型复合挤压过程进行了数值模拟,在此基础上,根据模拟计算得到的变形体内的应力、应变场的变化,采用质点跟踪技术,运动韧性断裂准则,对金属变形产生的式件杆部表面裂纹缺陷进行预测,实验结果表明,数值计算结果与实验相当吻合。此项研究对于中工艺模具提高产品质量方面具有指导性意义。     

腐蚀条件下飞机结构疲劳寿命评定技术的试验验证

一般环境下飞机结构疲劳寿命评定技术已相对成熟,而建立在模拟试验基础上的腐蚀条件下飞机结构疲劳寿命评定技术目前尚不完善.本文通过退役飞机全尺寸结构疲劳试验结果与对应的关键部位腐蚀条件下疲劳寿命评定结果的对比分析方法,验证腐蚀条件下飞机结构疲劳寿命评定方法,同时提出了用已服役多年飞机全尺寸结构疲劳试验结果修正地面停放腐蚀修正系数曲线及加速环境谱当量加速关系的方法.     

多级载荷下疲劳寿命的可靠性研究

本文利用断裂力学，疲劳及可靠性分析方法，讨论了剩余强度的概率分布。假定裂纹萌生阶段已结束，在裂纹扩展阶段。剩余强度R与裂纹长度α满足R=αK，α^-1/2，裂纹扩展速率可用Paris公式da/dN=c(△K）^n描述，在以上两个公式的基础上，我们推导出了疲劳载荷过程中剩余强度，循环应力，疲劳寿命及失效概率间的关系。选用变速箱齿轮12Cr2Ni4钢制成的试样，我们在Amsier HFP5100高频疲劳试验机上，两级循环应力水平下进行了9组试验，得出了12Cr2Ni4钢的P-R-S-N曲线。利用该曲线估算了12Cr2Ni4钢多级载荷下的疲劳寿命。同Mine准则计算的结晶相比更接近真实值，本文的方法具有较强的工程实用性，对承受疲劳载荷零构件的选材及设计具有重要的参考价值。     

基于逆Gaussian过程的MEMS加速度计寿命融合预测方法

为了高效预测MEMS加速度计的总体寿命特征与个体剩余寿命,提出了一种基于性能退化数据融合的寿命预测方法。将MEMS加速度计的零位电压百分比增量作为性能退化参数,通过逆Gaussian随机过程对性能退化数据建模。为了提高寿命预测准确性,采用了随机参数退化建模方法,并设计了EM(Expectation Maximization)算法一体化估计随机参数的共轭先验分布超参数值,建立了基于逆Gaussian随机过程的个体剩余寿命预测模型。为了克服性能退化数据量少造成的预测结果不准的难题,以个体退化数据为现场信息并将总体退化数据作为先验信息,提出了基于Bayes信息融合的个体剩余寿命预测方法。通过以上方法预测出某型MEMS加速度计的可靠寿命t0.99=45.155?103 h,并在线预测出某个体剩余寿命为42.408?103 h,验证了所提一体化预测方法的可行性和有效性,表明此方法具有较好的工程应用价值。     

异物致损铁道车轴的疲劳强度及寿命评估

车轴是高速列车关键承载部件, 承受着源自车体、轨道的各种载荷,其疲劳行为直接关乎列车运行安全. 疲劳裂纹往往具有较强的隐蔽性和突然性,由车轴断裂发生的列车脱轨事件具有灾难性,因此确保车轴在运行中不发生失效事故, 对高速列车可靠运行至关重要.高速列车实际运营中, 车轴外表面受到各种异物击打, 会形成深度达毫米级的缺陷,破坏车轴表面完整性, 严重威胁车辆安全.本研究采用空气炮装置预制合金钢车轴小试样异物致损(foreign object damage, FOD)缺陷,采用扫描电子显微镜和体视显微镜观测损伤特征.开展高周疲劳试验获得光滑试样和FOD损伤小试样的疲劳S-N曲线,考虑载荷模式、表面质量和尺寸系数推证出全尺寸车轴的疲劳性能.断口分析表明, 裂纹于FOD附近多处位置萌生, 并在不同平面内连续扩展,最终汇聚为一个半椭圆形裂纹. 基于Peterson公式和El Haddad模型估算异物冲击速度100 m/s和138 m/s试样的理论疲劳极限远低于试验结果, 过于保守; 同时也远低于标准推荐值, 偏于危险. 最后,采用修正的Miner理论公式估算含FOD实物车轴的服役寿命,满足最低25年的服役寿命.      

剑麻织物增强乙烯乙酯基复合材料的剩余强度研究

采用中间开孔试样对剑麻织物增强乙烯乙酯基复合材料的剩余强度进行了研究.两种化学处理剂,硅烷和高锰酸钾分别被用来对纤维表面进行处理,并对处理前后该种复合材料的剩余强度的变化进行分析,同时,利用微观分析揭示了剑麻织物增强乙烯乙酯基复合材料的剩余强度与破坏形貌之间的关系.     

抽油杆表面感应淬火引起的残余应力

本文讨论了抽油杆通过感应线圈和水冷装置时的温度场和由温度场引起的相变。在有限元计算中，通过与实验数据对比，认为考虑温度对弹性模量有影响的计算模型更合理，并用此模型计算了由温度和相变共同作用的弹塑性应力场，及最终的残余应力。结果表明淬火层超过一定厚度后，残余应力分布的合理性降低；淬火前抽油杆的强度与残余应力的大小关系较弱。     

吊车荷载作用下钢结构吊车梁的疲劳可靠寿命评估

从Miner累积损伤的定义出发,视累积损伤为随机过程,临界损伤为随机变量,基于疲劳动态可靠性理论,提出了在役钢结构吊车梁疲劳剩余寿命的可靠寿命评估法。之后与现行《钢结构检测评定与加固技术规程》(YB9257-96)中安全期限寿命评估法进行了分析比较,说明了安全寿命评估方法的概率意义。算例分析结果表明,本文提出的可靠寿命评估方法更加合理。     

含不同尺寸双腐蚀缺陷L245NCS钢管剩余强度计算

基于非线性有限元方法,建立含腐蚀缺陷管道的剩余强度计算模型,采用实验数据验证模型的准确性。在此基础上,以L245NCS管道为对象,研究了管道内腐蚀缺陷间轴向和环向的距离对剩余强度的影响。通过多因素影响分析,修正了ASME B31G标准中含双点腐蚀缺陷管道剩余强度的公式。结果表明：缺陷间在一定距离内会存在相互作用且发生相互作用的极限距离随缺陷深度的增加而增加;采用DNV-RP-F101标准计算的双缺陷相互影响的极限轴向间距和极限环向角度偏大,标准计算值与有限元计算值的最大相对误差达41%;修正后的剩余强度计算公式可用于计算含不同尺寸双腐蚀缺陷的中低强度管道的剩余强度,且计算结果相比于ASME B31G公式更接近实验值,平均相对误差为1.80%,较ASME B31G下降了9.86%。     

含冲击损伤复合材料层板及加筋壁板剩余强度研究

应用含刚度折减的椭圆形弹性核模拟了层板的损伤问题,研究了复合材料层板及加筋壁板冲击后的剩余强度问题。利用含椭圆核各向异性杂交应力有限单元对损伤层板进行了应力分析,采用基于特征曲线概念的点应力判据预测了含损伤层板、加筋壁板的剩余强度;基于Abaqus用户子程序uel实现了该方法在工程中的应用,并讨论各种参数对剩余强度的影响。研究结果表明此方法是有效的。     

高含水原油对油管和抽油杆摩擦磨损性能的影响研究

在实验室考察了油井产出液含水量对抽油杆和油管摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜观察了抽油杆和油管试样磨损表面形貌.结果表明:当油井产出液含水量处于70%～85%之间时,抽油杆和油管摩擦副的摩擦系数和磨损率随含水量增加呈增大趋势;当油井产出液含水量小于70%或大于85%时,摩擦系数和磨损率变化较小;油井产出液含水量对抽油杆和油管试样磨损表面形貌亦具有明显影响,当含水量较低(55%)时,抽油杆和油管磨损表面较光滑,存在少量犁沟;而当含水量较高(95%)时,磨损表面出现宽而深的犁沟,呈现严重粘着和擦伤迹象.     

疲劳剩余强度的可靠性研究

利用断裂力学，疲劳和可靠性分析方法，对疲劳过程中的剩余强度进行了研究，．通过七组试样的试验，得到了发动机连杆材料１８ＣｒＮｉＷＡ钢的Ｐ Ｒ Ｓ Ｎ曲线（即失效概率 剩余强度 疲劳应力 循环寿命曲线）．本文的分析方法对其他承受疲劳载荷的零部件和材料，具有重要的推广应用价值．     

含裂纹结构时间相关的疲劳断裂理论与剩余寿命评价技术

高温结构的疲劳失效是与时间相关的, 建立这一失效机制下的断裂理论和寿命评价技术, 进而控制结构失效是人们多年来努力的目标. 从裂纹扩展控制参量、裂纹扩展规律和寿命评价技术、材料老化与环境因素影响和结构完整性评定工程方法等几个方面, 对近年来这一领域的研究进展进行了总结, 并对今后该领域的发展方向进行了预测.      

腐蚀管道的剩余强度计算方法研究

对目前国内外常用规范进行归纳和总结，得到5种常用方法：ASME-B31G, DM方法, Wes-2805-97, CVDA-84和$J$积分方法. 本文将BP神经网络和遗传算法相结合，得到一种新 的神经网络，并将这种神经网络成功用于计算腐蚀管道的剩余强度和最大允许注水压力. 通 过示例分析，对7种常用规范和本文提出的改进的遗传神经网络方法进行了比较，得到下面 结论：不同计算方法计算得到的剩余强度和最大允许注水压力相差较大，Wes-2805-97规范、 ASME-B31G规范、CVDA-84规范等都比J积分方法计算得到的剩余强度和最大允许注水压力 偏大、偏保守；DM断裂力学方法计算得到的剩余强度和最大允许注水压力比J积分偏小、 偏危险；J积分方法和基于J积分方法的改进的遗传神经网络方法计算结果比较接近，比较 适中，可以认为是计算剩余强度和最大允许注水压力较好的方法.