硕士论文 典型结构件的振动疲劳分析
典型结构件的振动疲劳分析
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典型结构件的振动疲劳分析
图清单
图 1.1 基础激励振动疲劳试验装置 ........................................................................................ 4 图 1.2 铝合金疲劳裂纹扩展曲线及实物图.............................................................................. 4 图 1.3 复合膜材料疲劳寿命曲线............................................................................................ 5 图 1.4 有机塑料的 S-N 曲线 ................................................................................................... 5 图 1.5 LY12CZ 铝合金动态疲劳 S-N 曲线.........................................................................频率，模型修正，频率变化，裂纹扩展
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典型结构件的振动疲劳分析
Abstract
At present, the conventional analytical methods of static fatigue has been formed a separate system, and in engineering applications are quite ripe. But in actual environment, the project structure is often working in the environment of the vibration loads, the principal loss of structure is caused by vibration. Only use the idea of static fatigue can not compeletly explain the vibration conditions of failure，because it omits the key role of the changes of frequency . As a result, we take the common typical structure of aircraft as analyzing objects. Futhermore, we use the finite element software of MSC.patran&nastran and fatigue as a platform building dynamic models to study its’dynamic features and fatigue life. This paper put forward a method which considers frequency as a main factor to predict the life of structure. All works of this paper includes: First, we choose unidirectional stiffened plate and linking slab which are widely used in aircraft as objects to complete the structural vibration fatigue experiments under resonant excitation, realizing band motivation of the incentive frequency tracking structure inherent frequency and studying structure life change rule and the dynamic change of natural frequency by the resonance conditions. Results show that structural dynamic characteristics have important influence on fatigue life and nature frequency with the fatigue process is drab degressive. Futhermore, all works Based on the MSC. Patran&nastran platform, establishing the typical structure finite element dynamic model to complete the modal analysis and validate the finite element model is correct. And we use the amended model to analysis structure dynamic response, so as to realize the fatigue life calculation. Moreover, considering frequency variation of structure damage effect, this paper puts forward the frequency as the main parameters of resonance fatigue longevity methods. Through reasonable simplification and assumptions, using the finite element software of ABAQUS to simulate the dynamic structure crack propagation (named frequency of dynamic decreasing process), dynamic analysis is studied on each stages. SN method and damage tolerance are picked to simulate the progress of Adopt SN method, damage tolerance is done by the way under the condition of simulation timely resonance fatigue life. The example shows that the method is simple and reasonable and provides reference for vibration fatigue analysis. Key words : vibration fatigue; typical structure; natural frequency; model modification; frequency change; crack propagation
航空航天工程中的结构材料疲劳分析与优化
航空航天工程中的结构材料疲劳分析与优化疲劳是材料在受到重复加载时逐渐发生的累积性损伤现象，对于航空航天工程来说，疲劳问题一直是一个关键挑战。
由于飞行器在运行过程中所面临的极端环境和高强度要求，结构材料的疲劳分析与优化变得尤为重要。
本文将探讨航空航天工程中结构材料的疲劳分析与优化方法，帮助工程师有效解决疲劳问题。
一、疲劳分析方法1.1 应变寿命曲线法应变寿命曲线法是一种常用的疲劳分析方法，通过实验测得不同应力水平下材料的应变寿命数据，绘制应变寿命曲线，从而预测材料在实际工作环境下的寿命。
该方法可以分析材料在不同应力水平下的疲劳性能，并根据寿命曲线进行优化设计。
1.2 疲劳断裂力学方法疲劳断裂力学方法是通过应用弹塑性力学原理和断裂力学理论，对结构材料在加载过程中的疲劳断裂进行分析。
该方法可以考虑材料的疲劳寿命、应力强度因子、裂纹扩展速率等因素，对材料的变形和破裂行为进行定量描述，从而指导结构设计和优化。
1.3 动态疲劳试验方法动态疲劳试验方法是通过对材料进行实际加载试验，观测材料的应力应变响应和裂纹形态变化，从而分析材料在不同加载条件下的疲劳性能。
该方法可以提供实验数据支撑，验证疲劳分析的准确性，为材料的疲劳优化提供依据。
二、疲劳优化方法2.1 材料选择与设计在航空航天工程中，材料的选择是非常关键的一步。
工程师需要综合考虑材料的强度、韧性、耐热性、耐腐蚀性等性能指标，选择适合疲劳应用环境的材料。
同时，在设计结构时要合理考虑结构的载荷分布、缺陷分布等因素，减少结构的应力集中，从而提高结构材料的疲劳寿命。
2.2 疲劳强化措施为了提高结构材料的抗疲劳性能，可以采取一系列疲劳强化措施。
例如，通过表面强化处理，如喷丸、表面渗碳等方法，增加表面的压缩应力，减少应力集中；通过热处理、变形处理等方法改善材料的微观组织和力学性能，提高材料的抗裂纹扩展能力；通过复合材料等新材料的应用，提高结构的强度和疲劳寿命。
2.3 结构优化设计针对航空航天工程中的结构，可以采用优化设计方法来提高其疲劳性能。
基于ANSYS的梁板结构振动疲劳分析
导致失 效
频率／ｚ ． １ ． ｌ ． Ｉ ． ｌ１ Ｉ ０ ｌ ５ Ｉ ０ Ｈ １ ５ ０ ５ ５ ５ ２ ０ １ ２ ３ ２ ３
在 Ａ Ｓ Ｓ中载荷 与疲 劳失效 的关 系， ＮＹ 一般 采用
位 ／ ０ １０２ ．８ ． ．６ ． ０ １ ０ １ 移ｍ ｌ０ １０ ｌ ２１０ｌ ０ｌ叭ｌ ５ ． ｍ ． ０ ２ ０ ． ０ ０ ０ ０ ． １０ ０
应很 容 易得 到计 算 。相反 ， 比例 载荷 没有 隐 含各 非
应力 之 间相互 的关 系 ， 型情况 包 括： 典 在两个 不 同载 荷工 况 间的交 替变化 ， 变载 荷叠 加在 静载荷 上 ， 交 非 线性 边界 条件 对 于应力 的定 义， 虑在 最 大最小 应 力值 ｔ ｎ 考 ｒ ｍｉ 和 ｃ ａ 作 用下 的 比例载 荷 、 定振 幅 的情况 ： ｒ ｘ ｍ 恒
宽 度 ｂ ４ 一 ＝ Ｅ ３ｍ。
发 生 的是对 称循 环 载荷 。这 就是 ｏ ＝ ， 一 － Ｏ Ｒ＝ １的情 ｍ
况。
一
当施 加 载荷 后又 撤 除该 载荷 发 生脉 动循 将
表 １ 梁板结构 振谱 表
环 载荷 。这 就是 盯 ｍ＝ｃ ｘ２ Ｒ ０的情 况 。 ｒ ／。＝ ｍａ
～
如 果 同个 部 件作 用 在更 高 的载 荷下 ， 致 失 导
应 力一 寿命 曲线或 Ｓ Ｎ 曲线。展示 出应 力 幅 —
结构振动疲劳特性及其试验方法研究
分类号 TB534 密 级
学校代码 10699 学 号 066016006
西 北 工 业 大 学
硕 士 学 位 论 文
（学位研究生）
题目：结构振动疲劳特性及其试பைடு நூலகம்方法研究
作
者：
史展飞 固体力学 李玉龙
学科专业： 指导教师：
2009 年 3 月，西安
Northwestern Polytechnical University
Thesis for the Degree of Master
Title： A study on the fatigue properties and experimental method of structure vibration fatigue
Author：
Zhanfei Shi
Subject： Solid Mechanics Advisor： Yulong Li
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西北工业大学硕士学位论文
Abstract
resonant frequency, the resistance of the structure to fatigue failure was the best. When the vibration frequency was lower than the resonant one, the resistance fatigue of structure was poor. The worst resistance fatigue for structure occurred at the resonant frequency. Fatigue fracture surface showed that the crack source was initiated from scratch or defects in the edges and surface of rectangular section beam. Besides conventional resisting fatigue design method, four other aspects such as alleviating vibration source, reducing vibration transfer, vibration control and optimizing the structure and technology should also be considered in order to improve the vibration fatigue resistance. (3) In order to accomplish the vibration experiment of LY12 aluminum alloy cantilever beam under high stress, non-resonance exciting frequency, mechanical excitation equipment was designed, which was drove by an dc driver motor. The test sample was loaded by cam-lever arm equipment. In this equipment, the frequency could be adjusted by controlling the rotational speed of the an dc driver motor and the amplitude adjusting could be achieved by applying the cams with different outlines. The debugging result showed that this equipment can be used to carry out experiments with high stress and non-resonance frequency vibration. Keywords: Vibration fatigue, frequency effect, mechanical exciting equipment, Vibration fatigue resistant design
桥梁结构的疲劳分析与评估
桥梁结构的疲劳分析与评估桥梁作为重要的交通基础设施，承载着大量的车辆和行人。
然而，长期的使用和外界环境的影响会对桥梁结构产生疲劳损伤，导致安全隐患。
因此，对桥梁结构的疲劳分析与评估显得尤为重要。
一、疲劳分析的定义疲劳是指由于结构部件长期的受力循环作用下，产生的渐进性损伤和破坏。
在桥梁结构中，由于车辆荷载的频繁通过，桥梁受到反复的载荷作用，容易引起疲劳损伤。
二、疲劳破坏的特点1. 应力集中：桥梁结构的连接点、焊缝或其他结构转换区域容易形成应力集中，导致疲劳损伤的产生。
2. 周期性载荷：车辆和行人通行的周期性荷载会引起桥梁结构的振动，从而对结构产生疲劳损伤。
3. 累积效应：多次循环载荷的作用会使结构上已存在的微小缺陷逐渐扩展，最终导致破坏。
三、疲劳分析的方法1. 统计计算法：通过对桥梁使用的历史数据和交通荷载进行统计分析，评估桥梁的疲劳寿命和安全性。
2. 结构响应法：通过建立动力学模型，对桥梁受到的动力荷载进行响应分析，预测结构的疲劳损伤情况。
3. 监测和检测法：通过在桥梁上安装传感器，实时监测桥梁的振动和变形情况，对结构的疲劳状态进行评估。
四、疲劳评估的指标1. 疲劳寿命：指桥梁结构在疲劳荷载作用下能够安全运行的时间。
2. 安全系数：是指桥梁设计载荷与实际荷载之比，用于评估桥梁结构的安全性。
3. 残余寿命：指桥梁结构在实际使用状态下，经过一定周期的疲劳荷载作用后，仍具有可靠的工作寿命。
五、疲劳评估的措施1. 加固与维修：对已有的疲劳损伤进行修复和加固，延长桥梁的使用寿命。
2. 检测监测：定期对桥梁进行检测和监测，及时发现结构的疲劳损伤，并采取相应的措施。
3. 载荷限制与管理：对大型车辆和超载车辆进行限制和管理，减小桥梁受到的疲劳荷载。
六、疲劳分析与评估的重要性1. 提高桥梁结构的使用寿命，减少维修和加固的成本，降低社会经济的压力。
2. 保障交通安全，减少桥梁疲劳损坏导致的交通事故和人员伤亡。
3. 优化桥梁设计和维护策略，提高桥梁的运行效率和可靠性。
振动环境下结构疲劳性能与寿命评估
振动环境下结构疲劳性能与寿命评估在振动环境下，结构的疲劳性能与寿命评估是非常重要的。
振动环境下的结构疲劳是指结构在受到周期性外力作用下，由于应力的累积作用而引起的结构破坏现象。
结构的疲劳性能评估旨在确定结构的劳寿命，以便预测结构在实际使用条件下的可靠性和安全性。
结构的疲劳性能与寿命评估涉及以下几个关键方面：振动环境分析：首先需要对振动环境进行分析，包括振动频率、振动幅值、振动周期等参数的测量和分析。
常用的方法包括现场振动测试、实验室振动台测试以及数值模拟等。
应力分析：振动环境下的结构会受到周期性外力的作用，这会引起结构内部应力的变化。
通过应力分析，可以确定结构在不同工况下的应力分布情况，从而评估结构的疲劳性能。
疲劳寿命预测：基于应力分析结果，可以采用疲劳寿命预测方法来评估结构的疲劳寿命。
常用的方法包括应力范围法、应力时间法、应力幅值法等。
这些方法基于材料的疲劳性能曲线和结构的应力历史，可以预测结构在不同工况下的疲劳寿命。
结构可靠性评估除了预测疲劳寿命，还需要对结构的可靠性进行评估。
可靠性评估包括确定结构的失效概率、可靠度指标等，以评估结构在振动环境下的安全性。
寿命评估与优化设计：通过对结构的疲性能评估，可以发现结构的疲劳弱点和寿命短板。
基于这些评估结果，可以进行结构的优化设计，包括改善材料性能、调整结构参数、增加支撑等措施，以提高结构的疲劳寿命和可靠性。
需要注意的是，振动环境下结构的疲劳性能与寿命评估是一个复杂的工程问题，需要综合考虑材料特性、结构形式、振动环境和设计要求等多个因素。
同时，疲劳性能评估的准确性也受到振动环境测试和应力分析等技术手段的限制。
因此，在进行结构疲劳性能评估时，需要综合运用实验、数值模拟和经验方法，以提高评估结果的准确性和可靠性。
总之，振动环境下结构的疲劳性能与寿命评估对于确保结构的安全可靠性至关重要。
通过对振动环境的分析、应力分析和疲劳寿命预测等方法的综合应用，可以评估结构的疲劳性能，并提出相应的优化设计方案，以提高结构的疲劳寿命和可靠性。
浅谈振动机械疲劳损伤问题
焊 接缺 陷如片 状缺 陷、表 面缺 陷等，这 些 缺陷的存 在 都可使设 备疲 劳强 度迅 速下 降 。 上 述 因素 的存在 ，严 重加 剧 了振动设 备的疲 劳损 伤 。为 了提高振 动机械 寿命， 克服上 述 不 利 因素， 可采取如 下一 些 针对 措施 ： １ 严 格控 制钢 材质 量 ． （下转 第４ 页 ） ０
Ｑ 的 关系如 图 １ ａ 所示 。
６ ｍ
图 １ 疲 劳强 与 Ｉ、 ａ Ｔ 的关度系 图 Ｉ
从 图 １可知： 平均 应力越大 则需要较小 的应 力振 幅就 能达 到预期 的疲 动强 度 。由 于振 动
设 备的交 变载荷 是一定 的 ，接头 的焊 接应 力 ，尤其 是由于焊 接 造成 的应 力 集中都会 造成 平均
求该 球 的体积。 这是 我布置 的一 道作业题 ， 批改时发 现 都是 通过 画 球面 图形 求解， 不少 学生 图形 画得 不
规 范并且 做错 。我讲 评了它 的常 规 解法后 提 出：能 否利 用 正方体达 一模 型 求解 ？我曾用 此法
解答过 求 四棱 锥 四个侧 面 中直 角三 角形 的最 多个数 的问题 ，学 生都有 印 象。很快 ，有 学生 提
应力 ｍ、应 力振 幅 值降低 ，进而 影 响构件 的疲劳 寿 命 。另 外 ，构件 的焊 接顺序 、焊 接工 ａ
参数 的不 同， 都会 造成 构件 的不 同应力 分 布，应 力分 布的不 均 匀又会 对 应力 比Ｒ， 平均 应力
ｍ、 应力 振 幅 产生 影响， 从而 削弱构件 的疲劳 强度 。 ａ
以上是 我对怎 样克 服思维 弊端 ， 培养 良好 的数学思维 品质 的看 法和 体会 。 学教 学 的本质 数
钢桥的疲劳分析范文
钢桥的疲劳分析范文引言：钢桥是一种重要的交通基础设施，承担着车辆和行人的通行。
长期以来，由于交通流量的增加和重载车辆的增多，钢桥疲劳已成为桥梁设计和维护的重要问题。
本文将对钢桥的疲劳问题进行分析，探讨其原因、影响因素以及相应的解决方案。
一、疲劳问题的原因1.动力因素：钢桥在承受车辆荷载的同时还要面对自身的自重和震动荷载。
长期以来，车辆荷载和震动荷载的频繁作用会导致钢桥的材料疲劳，进而导致桥梁的损坏和断裂。
2.环境因素：钢桥承受了来自自然环境的多种因素的影响，如气候变化、温度差异和湿度等。
这些因素会导致桥梁材料的膨胀和收缩，从而产生内部应变，加速钢桥的疲劳破坏。
3.施工因素：钢桥的施工质量将直接影响其使用寿命和疲劳性能。
如果施工质量不达标，如焊接不牢固、连接部位强度不足等，将使钢桥易受疲劳破坏。
二、疲劳破坏的影响因素1.轴重：车辆荷载是引起桥梁疲劳破坏最主要的因素之一、大型重型车辆以及超限荷载的频繁通行将极大地加速钢桥的疲劳损伤。
2.荷载频率：荷载频率指的是钢桥受到车辆荷载的作用频率。
频繁通行以及车流量大的地区会导致高频率的荷载作用，进而加速疲劳破坏的发生。
3.震动荷载：震动荷载是指由于地震、强风和行人等外来因素引起的钢桥振动荷载。
频繁的震动荷载会对钢桥产生影响，从而影响其疲劳性能。
4.桥梁结构设计：桥梁的结构设计将直接影响其抗疲劳能力。
合理的结构设计可以减少桥梁的应力集中和疲劳问题的发生。
三、疲劳分析和解决方案1.疲劳分析方法：采用有限元方法对钢桥进行疲劳分析，模拟不同荷载条件下的桥梁应力分布。
通过数值计算和模拟试验，对桥梁的疲劳性能进行评估，找出潜在的疲劳破坏部位。
2.组织检测和监测：通过常规的检测方法，如无损检测和应力监测，定期对钢桥进行结构健康检测。
及时发现和修补疲劳破坏的部位，可以提高钢桥的抗疲劳性能。
3.结构优化：通过改进桥梁结构的材料和几何形状，降低桥梁的应力集中和疲劳问题的发生。
采用较短的跨度和更好的材料可以有效地提高桥梁的抗疲劳能力。
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中图分类号：TP391 学科分类号：080202
论文编号： 1028701 11－0026
硕士学位论文
典型结构件的振动疲劳分析
研究生姓名 学科、专业 研究方向 指导教师 廉政 飞行器设计 振动疲劳 王轲 副教授
南京航空航天大学
研究生院 信息科学与技术学院
二ОО四年五月
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics The Graduate School College of Information Science and Technology
2.8.2 振动疲劳累积损伤准则.............................................................................................17 第三章 共振疲劳实验分析.................................................................................................................18
1.4 影响因素分析 ..................................................... 12
1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.4.4 工作条件的影响.........................................................................................................12 零件状态的影响.........................................................................................................13 材料性质的影响.........................................................................................................13 动态特性的影响.........................................................................................................13
1．1 结构动力学基本理论（重点引出共振） .............................. 15 2．疲劳寿命估算方法(S-N) ............................................. 15 3．疲劳裂纹扩展基本理论(从断裂力学出发，引出应力强度因子、疲劳裂纹扩展 方程。) ............................................................ 16 2.5 结构振动疲劳的特点 ............................................... 16
摘 要 .................................................................................................................................................... I Abstract................................................................................................................................................. II 目 录 ..................................................................................................................................................III 图、表清单 ..........................................................................................................................................VI 注释表 ................................................................................................................................................ VII 第一章 绪论（10）.....................................................................................................................1
Research on Kernel-Based Associative Memories，Clustering Algorithms and their Applications
A Thesis in Computer Science and Technology Engineering by Name Zhang Daoqiang Advised by Prof. Chen Songcan Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Doctor of Philosophy
3.1 前言 ............................................................. 18 3.2 疲劳试验系统介绍 ................................................. 18
3.2.1 试验件类型.................................................................................................................18 3.2.2 试验件力学性能.........................................................................................................19 3.2.3 试验系统组成.............................................................................................................19
作者签名： 日 期：
南京航空航天大学硕士学位论文
摘 要
当前，常规静疲劳寿命的分析方法已经形成一套独立的系统，且在工程应用上已经相当成 熟。但是在实际环境中，工程结构往往是在长期振动载荷的的环境下工作，结构发生的破坏主 要是由振动所造成的。仅用静疲劳的思想已经无法完全的解释在振动条件下的失效，因为它忽 略了频率变化在振动过程中的关键作用。为此本文从结构动力学出发，以飞机结构中常见的典 型结构件为分析对象，基于 MSC.patran&nastran 及 fatigue 平台,建立典型结构件的动力学模型， 完成动态特性与疲劳寿命估算，通过试验结论，提出一种以频率为主要分析参量的共振疲劳全 寿命方法。论文主要工作包括： 1. 以飞机上广泛应用的单向加筋板、连接板为对象，完成了共振激励下的结构振动疲劳 实验。实现了激励频率跟踪结构固有频率的频带激励方法，研究了共振条件下结构寿 命变化规律以及固有频率的动态变化情况。结果表明，结构动力学特性对疲劳寿命具 有重要的影响，固有频率随疲劳过程单调递减。 2. 基于 MSC.patran&nastran 为平台，建立了典型结构件有限元动力学模型，完成了模态 分析，并实验验证有限元模型的正确性，并对原始模型进行修正。利用修正后的模型 进行结构动响应分析，从而实现疲劳寿命计算。 3. 考虑频率变化对结构损伤的影响， 提出了以频率为主要分析参量的共振疲劳全寿命方 法。通过合理简化及假设，采用 ABAQUS 有限元软件模拟结构裂纹的动态扩展过程 即频率的动态下降过程，并对各个阶段进行动态分析，采用 SN 法，损伤容限法相结 合的方式仿真适时共振条件下的疲劳寿命。算例分析表明，该方法简单合理，为振动 疲劳寿命分析提供了参考。 关键词：振动疲劳，典型结构件，固有频率，模型修正，频率变化，裂纹扩展
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典型结构件的振动疲劳分析
Abstract
At present, …… Most of the ……
Keywords:
Kernel method, support vector machine
Hale Waihona Puke II南京航空航天大学硕士学位论文
目 录
A Thesis in .......................................................... II