柔性结构疲劳寿命的预测方法
疲劳寿命预测与结构可靠性分析
疲劳寿命预测与结构可靠性分析疲劳是一种常见的结构失效形式，对于各种工程结构来说都是一个重要的问题。
疲劳失效通常是由于结构在长期的交变载荷下产生微小裂纹，最终导致结构破坏。
因此，准确预测疲劳寿命对于结构的安全可靠性分析至关重要。
疲劳寿命预测是通过建立适当的数学模型来估计结构在实际使用过程中的寿命。
这个过程需要考虑多种因素，包括结构的材料性能、载荷条件、结构几何形状等。
其中，最关键的是建立适当的疲劳损伤累积模型。
疲劳损伤累积模型是通过将载荷历程进行离散化，将结构在每个载荷循环下的应力水平与疲劳寿命损伤关系进行对应，从而计算出结构的疲劳损伤累积。
常用的疲劳损伤累积模型包括线性累积模型、双曲线累积模型和修正曲线累积模型等。
线性累积模型是最简单的疲劳损伤累积模型，它假设结构的疲劳寿命损伤与载荷循环次数成正比。
这个模型的优点是简单易用，但是在实际应用中往往存在较大的误差。
双曲线累积模型考虑了载荷历程中应力水平的变化，相对于线性累积模型更加准确。
修正曲线累积模型则进一步考虑了材料的强度退化和载荷频率对疲劳寿命的影响，是目前应用最广泛的模型之一。
除了疲劳寿命预测，结构可靠性分析也是一个重要的研究方向。
结构可靠性分析是通过考虑结构设计参数的不确定性，评估结构在设计寿命内的可靠性水平。
可靠性分析可以帮助工程师确定结构的安全系数，为结构的设计和维护提供科学依据。
结构可靠性分析的关键是确定设计参数的概率分布函数。
常用的方法包括统计分析、试验数据分析和专家经验法等。
统计分析方法通过对大量数据的统计处理，得到设计参数的概率分布函数。
试验数据分析方法则通过对实际试验数据的分析，估计设计参数的概率分布函数。
专家经验法则是根据专家的经验和知识，对设计参数的概率分布函数进行估计。
在结构可靠性分析中，可靠性指标是一个重要的评估指标。
常用的可靠性指标包括可靠性指数、失效概率和可靠度指标等。
可靠性指数是用来评估结构在设计寿命内的可靠性水平，失效概率则是评估结构在设计寿命内发生失效的概率。
工程力学中的结构疲劳如何预测？
工程力学中的结构疲劳如何预测？在工程领域中，结构疲劳是一个至关重要的问题。
无论是飞机的机翼、桥梁的钢梁，还是汽车的零部件，长期承受循环载荷都可能导致结构疲劳失效，从而引发严重的安全事故和经济损失。
因此，准确预测结构疲劳寿命对于保障工程结构的可靠性和安全性具有极其重要的意义。
要理解结构疲劳的预测，首先需要明白什么是结构疲劳。
简单来说，结构疲劳是指材料或结构在循环载荷作用下，经过一定次数的循环后，产生裂纹并逐渐扩展，最终导致结构失效的现象。
这种循环载荷可以是周期性的，也可以是随机的。
那么，如何对工程力学中的结构疲劳进行预测呢？目前，主要有以下几种方法：实验方法是预测结构疲劳的一种直接而有效的手段。
通过对实际结构或材料样本进行疲劳试验，可以获得其在不同载荷条件下的疲劳寿命数据。
在实验中，需要精确控制载荷的大小、频率和加载方式等参数，同时对试件的变形、裂纹萌生和扩展等进行监测。
然而，实验方法往往成本较高，且对于大型复杂结构的全尺寸试验难度较大。
基于力学理论的分析方法也是常用的预测手段之一。
例如，通过应力分析可以计算出结构在载荷作用下的应力分布情况。
常见的应力分析方法包括有限元法、边界元法等。
一旦得到应力分布，结合材料的疲劳性能数据，如 SN 曲线（应力寿命曲线），就可以估算结构的疲劳寿命。
这种方法在理论上较为严谨，但在实际应用中，由于结构的复杂性和材料性能的不确定性，往往需要进行一些简化和假设，可能会导致一定的误差。
另外，损伤力学方法为结构疲劳预测提供了一种新的思路。
该方法考虑了材料内部微观损伤的演化过程，通过建立损伤演化方程来描述疲劳损伤的累积。
与传统方法相比，损伤力学方法能够更真实地反映结构疲劳的本质，但模型的建立和参数的确定较为复杂。
近年来，随着计算机技术的飞速发展，数值模拟方法在结构疲劳预测中得到了广泛应用。
利用数值模拟软件，可以对结构的疲劳过程进行仿真，直观地展示裂纹的萌生、扩展以及最终的失效模式。
机械设计中的疲劳寿命预测方法
机械设计中的疲劳寿命预测方法在机械设计领域，确保零部件和结构在长期使用中的可靠性是至关重要的。
疲劳寿命预测作为评估机械部件耐久性的关键手段，对于预防故障、优化设计和降低维护成本具有重要意义。
疲劳是指材料在循环载荷作用下，经过一定次数的循环后产生的局部永久性结构变化，进而导致裂纹萌生和扩展，最终可能引发部件失效。
疲劳寿命则是指材料或结构在疲劳作用下，从开始加载到发生失效所经历的循环次数。
准确预测疲劳寿命可以帮助设计师在产品开发阶段就采取有效的措施来提高产品的质量和可靠性。
目前，常见的疲劳寿命预测方法主要包括以下几种：实验方法是疲劳寿命预测的基础。
通过对实际材料或部件进行疲劳试验，可以直接获得其在特定载荷条件下的疲劳寿命数据。
然而，这种方法往往成本高昂，且试验周期长。
此外，由于实际工作条件的复杂性，很难完全模拟所有的工况，因此实验结果可能具有一定的局限性。
应力寿命法（SN 法）是一种广泛应用的传统方法。
它基于材料的应力水平与疲劳寿命之间的关系。
通过对大量实验数据的统计分析，建立应力幅与疲劳寿命的 SN 曲线。
在实际应用中，只需知道部件所承受的应力幅，就可以根据 SN 曲线估算其疲劳寿命。
但 SN 法通常假设材料是均质的，且不考虑裂纹的萌生和扩展过程，对于一些存在应力集中或复杂载荷的情况，预测结果可能不够准确。
应变寿命法（εN 法）则考虑了材料的塑性变形。
它基于材料的应变幅与疲劳寿命之间的关系。
该方法适用于低周疲劳情况，即在较高应变幅下，材料的塑性变形起主导作用。
应变寿命法对于分析具有局部塑性变形的部件疲劳寿命具有较好的效果，但同样存在一定的局限性，例如对于多轴应力状态的处理较为复杂。
损伤力学方法从微观角度研究材料的损伤演化过程。
通过建立损伤变量与载荷循环次数的关系，来预测疲劳寿命。
这种方法能够考虑材料内部的微观缺陷和损伤积累，但模型参数的确定较为困难，且计算量较大。
裂纹扩展法主要关注裂纹萌生后的扩展阶段。
如何在工程力学中进行疲劳寿命预测？
如何在工程力学中进行疲劳寿命预测？在工程领域，疲劳破坏是许多结构和机械零部件失效的主要原因之一。
为了确保工程结构和设备的可靠性和安全性，准确地预测疲劳寿命至关重要。
那么，如何在工程力学中进行疲劳寿命预测呢？这需要综合考虑多个因素，并运用一系列的理论和方法。
首先，我们要明白什么是疲劳。
简单来说，疲劳就是材料或结构在反复加载和卸载的作用下，经过一定的循环次数后，产生裂纹并逐渐扩展，最终导致破坏的现象。
而疲劳寿命则是指材料或结构从开始受载到发生疲劳破坏所经历的循环次数。
在进行疲劳寿命预测时，材料的性能是一个关键因素。
不同的材料具有不同的疲劳特性，这需要通过实验来测定。
例如，通过拉伸试验可以获取材料的强度、塑性等基本力学性能；通过疲劳试验则可以得到材料的疲劳极限、疲劳曲线等重要参数。
这些参数是进行疲劳寿命预测的基础。
载荷的特征也是不可忽视的。
载荷的类型（如拉伸、压缩、弯曲、扭转等）、大小、频率、波形等都会对疲劳寿命产生影响。
在实际工程中，往往需要对复杂的载荷进行分析和简化，以确定其等效的疲劳载荷。
应力分析是疲劳寿命预测的重要环节。
通过有限元分析等方法，可以计算出结构在不同载荷作用下的应力分布情况。
应力集中是导致疲劳裂纹产生的重要原因之一，因此准确地确定应力集中区域以及其应力水平是非常关键的。
在众多的疲劳寿命预测方法中，基于应力寿命（SN）曲线的方法是较为常用的一种。
这种方法通过对大量试验数据的统计分析，建立起应力幅与疲劳寿命之间的关系曲线。
在已知应力幅的情况下，可以根据 SN 曲线估算出疲劳寿命。
然而，这种方法也有其局限性，它通常适用于高周疲劳（循环次数大于 10^4 次）的情况，对于低周疲劳（循环次数小于 10^4 次）的预测精度相对较低。
另一种常见的方法是基于局部应变的疲劳寿命预测方法。
这种方法适用于低周疲劳的情况，它考虑了材料在塑性变形阶段的应变变化对疲劳寿命的影响。
通过测量或计算局部应变，可以利用相应的模型来预测疲劳寿命。
航空器结构疲劳寿命预测方法
航空器结构疲劳寿命预测方法在航空领域，确保航空器的安全运行是至关重要的。
而航空器结构的疲劳寿命预测则是评估其安全性和可靠性的关键环节。
航空器在飞行过程中，会不断承受各种复杂的载荷，长期累积下来，结构可能会出现疲劳损伤，甚至导致灾难性的后果。
因此，准确预测航空器结构的疲劳寿命对于保障飞行安全、降低维护成本以及优化设计都具有重要意义。
要理解航空器结构疲劳寿命预测方法，首先需要了解什么是疲劳。
简单来说，疲劳是指材料或结构在循环载荷作用下，经过一定次数的循环后，发生破坏的现象。
这种破坏往往不是由于单次载荷过大造成的，而是在多次较小载荷的反复作用下逐渐积累的。
对于航空器结构，常见的疲劳载荷包括飞行中的振动、气压变化、起降过程中的冲击等。
目前，常用的航空器结构疲劳寿命预测方法主要有以下几种：一是基于试验的方法。
这种方法通过对实际的航空器结构部件进行疲劳试验，获取其在不同载荷条件下的疲劳寿命数据。
试验可以在模拟真实飞行环境的实验室中进行，也可以在实际飞行中进行监测。
通过对大量试验数据的分析和统计，可以建立起疲劳寿命与载荷、材料、结构等因素之间的关系，从而对新设计的航空器结构进行疲劳寿命预测。
然而，试验方法存在成本高、周期长的缺点，而且对于一些复杂的结构和工况，试验条件难以完全模拟真实情况。
二是基于理论分析的方法。
其中，最常用的是应力寿命（SN）法和应变寿命（εN）法。
SN 法是通过对材料或结构在不同应力水平下的疲劳寿命进行测试，建立应力与寿命之间的关系曲线。
在进行疲劳寿命预测时，根据结构所承受的应力水平，结合 SN 曲线，即可估算出其疲劳寿命。
εN 法则是基于材料的应变与疲劳寿命之间的关系进行预测。
这两种方法都需要对结构的应力或应变进行准确的分析和计算，通常需要借助有限元分析等数值方法。
三是基于损伤力学的方法。
损伤力学认为，材料或结构在疲劳过程中会逐渐产生损伤，损伤的积累最终导致结构的破坏。
通过建立损伤演化模型，可以描述损伤随循环次数的发展规律，从而预测疲劳寿命。
结构疲劳寿命预测
结构疲劳寿命预测疲劳寿命是指材料或结构在加载循环过程中能够承受的循环次数，也被称为疲劳寿命，是评估结构可靠性和安全性的重要指标之一。
准确预测结构疲劳寿命对于设备的设计、制造和维护至关重要。
在设计阶段，预测疲劳寿命可以帮助工程师优化结构设计，降低成本和风险。
在运行和维护阶段，准确预测疲劳寿命可以帮助企业做好材料和设备更换的计划，减少停机时间和损失。
疲劳寿命预测是一个复杂且具有挑战性的任务，需要综合考虑多个因素和变量。
其中最关键的因素之一是结构的载荷历史。
结构的载荷历史包括载荷幅值、载荷周期和载荷类型等。
不同载荷条件下，结构的疲劳寿命可能会有很大的差异。
因此，在进行疲劳寿命预测时，必须准确地获取和分析实际的载荷历史数据。
为了进行结构疲劳寿命预测，研究人员使用了多种方法和模型。
其中较为常用的是基于线性弹性断裂力学的方法和基于损伤累积的方法。
线性弹性断裂力学方法使用S-N曲线（应力循环次数与疲劳寿命关系曲线）来描述材料的疲劳行为。
该方法假设材料的疲劳寿命仅取决于应力循环次数，而不考虑其他因素。
然而，在实际应用中，由于加载条件的复杂性和不确定性，线性弹性断裂力学方法的准确性可能受到限制。
相比之下，基于损伤累积的方法可以更准确地预测结构的疲劳寿命。
该方法考虑了材料的损伤累积过程，根据损伤参数和损伤积分方程来计算疲劳寿命。
基于损伤累积的方法可以更好地解释实际结构在加载过程中的损伤和失效行为。
然而，基于损伤累积的方法也需要大量的实验数据和计算模型支持，同时对结构的载荷历史数据和损伤参数的准确度要求较高。
除了载荷历史和疲劳模型外，其他一些因素也可能对疲劳寿命预测产生影响。
材料的力学性能、温度、湿度等环境因素以及结构的几何形状和表面质量等都可能会对疲劳寿命产生影响。
因此，在进行疲劳寿命预测时，这些因素也需要加以考虑。
为了提高结构疲劳寿命预测的准确性，研究人员还在不断探索新的方法和技术。
例如，利用机器学习和人工智能等技术可以更好地分析和识别结构的载荷历史，进而预测疲劳寿命。
航空器结构疲劳寿命预测与评估方法
航空器结构疲劳寿命预测与评估方法航空器的结构疲劳寿命预测与评估是航空工程领域的重要研究方向之一。
由于航空器的结构疲劳寿命对于航空器的安全和可靠性具有重要影响，因此准确预测和评估航空器的结构疲劳寿命是航空工程师和相关研究人员的关键任务。
预测航空器的结构疲劳寿命需要考虑多个因素，包括材料的力学性能、载荷条件、环境因素等。
为了准确预测疲劳寿命，需要采用可靠的评估方法，综合考虑这些因素。
首先，疲劳寿命预测可以使用基于经验的方法。
经验法是通过对实际服役载荷和疲劳寿命数据进行统计分析，建立针对特定材料和结构的经验模型，来推断结构疲劳寿命。
这种方法具有简单、直观、易于应用的特点，尤其适用于已有大量实验数据的情况下。
但是，它不考虑材料和结构的具体特性，仅仅是一种经验的总结，因此存在一定的局限性。
其次，疲劳寿命预测可以使用基于物理的方法。
基于物理的方法是通过建立结构疲劳损伤的物理模型，考虑载荷谱、材料特性、应力分布等因素，来预测结构的疲劳寿命。
这种方法基于物理原理，对于复杂结构和复杂载荷情况有很好的适应性。
但是，物理模型的建立需要详细的材料和结构特性的数据，并且建立过程较为复杂，需要一定的专业知识和工程经验。
此外，还可以采用基于统计学的方法来预测疲劳寿命。
基于统计学的方法通过分析结构疲劳寿命和相关因素之间的统计关系，建立概率模型，从而预测疲劳寿命。
这种方法充分考虑了载荷谱和环境因素对结构疲劳寿命的影响，是一种相对较为准确的方法。
但是，它需要大量的实验数据和统计分析，对于新型结构和材料的预测有一定的不确定性。
在航空器结构疲劳寿命预测的评估中，除了预测方法的准确性外，还需要考虑其他因素的影响。
例如，航空器的运行环境、飞行任务和使用寿命等因素，都会对结构疲劳寿命产生影响。
因此，在评估航空器的结构疲劳寿命时，需要综合考虑这些因素，并制定相应的评估标准和方法。
此外，航空器结构疲劳寿命预测与评估还需要考虑到不同失效模式的影响。
混凝土结构疲劳寿命预测方法
混凝土结构疲劳寿命预测方法一、引言混凝土结构是现代建筑中广泛使用的一种材料，它具有较强的承载力和耐久性。
然而，随着使用时间的延长，混凝土结构会逐渐出现疲劳破坏的现象，导致结构的损毁和安全隐患。
因此，预测混凝土结构的疲劳寿命是一项重要的工作，有助于及时维修和保养结构，延长其使用寿命。
二、混凝土结构疲劳寿命预测的基本概念1. 疲劳寿命：混凝土结构在不断的循环荷载下，经过一定次数的荷载循环后，出现裂缝和破坏的时间称为疲劳寿命。
2. 疲劳强度：混凝土结构在一定次数的荷载循环下，能够承受的荷载强度称为疲劳强度。
3. 疲劳裂缝：混凝土结构在不断的循环荷载下，出现的微小裂缝称为疲劳裂缝，疲劳裂缝是混凝土结构疲劳破坏的前兆。
4. 荷载循环次数：混凝土结构在一定的荷载范围内，经过多少次荷载循环称为荷载循环次数。
三、混凝土结构疲劳寿命预测的方法1. 基于材料性能的疲劳寿命预测方法该方法主要是根据混凝土材料的强度、韧性、变形性能等参数，建立混凝土结构的疲劳寿命预测模型。
具体方法如下：（1）材料试验：通过混凝土材料试验，获取混凝土的强度、韧性、变形性能等参数。
（2）应力范围的确定：根据混凝土结构的使用条件，确定荷载循环范围和次数。
（3）疲劳荷载谱的建立：根据混凝土结构的使用条件和荷载循环范围，建立疲劳荷载谱。
（4）疲劳寿命预测模型的建立：根据材料试验、应力范围和疲劳荷载谱，建立混凝土结构的疲劳寿命预测模型。
（5）疲劳寿命的预测：根据建立的疲劳寿命预测模型，计算混凝土结构的疲劳寿命。
2. 基于损伤理论的疲劳寿命预测方法该方法主要是基于损伤理论，分析混凝土结构在荷载循环下的损伤过程，建立混凝土结构的疲劳寿命预测模型。
具体方法如下：（1）材料试验：通过混凝土材料试验，获取混凝土的强度、韧性、变形性能等参数。
（2）应力范围的确定：根据混凝土结构的使用条件，确定荷载循环范围和次数。
（3）损伤模型的建立：根据混凝土结构的材料性能和荷载循环条件，建立混凝土结构的损伤模型。
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文章编号:167325196(2008)0420170203柔性结构疲劳寿命的预测方法董黎生,程 迪(郑州铁路职业技术学院机车车辆系,河南郑州 450052)摘要:讨论柔性构架结构疲劳寿命的预测方法,建立刚柔耦合多体动力学模型,计算结构危险点的动载荷时间历程;利用有限元准静态分析法,获得应力影响因子;利用模态分析技术获得结构固有频率和模态振型,确定结构的危险点位置。
基于危险应力分布的动载荷历程,结合材料特性曲线以及线性损伤理论,进行标准时域的柔性结构应力应变的循环计数,损伤预测和寿命估计.应用该方法对构架结构进行疲劳寿命预测,结果表明,该预测方法预测精度有效,可以有效提高结构耐久性设计质量.关键词:多体系统;柔性结构;有限元;疲劳寿命预测中图分类号:O346 文献标识码:APrediction method of fatigue life of flexible structureDON G Li2sheng,C H EN G Di(Locomotive and Rolling Stock Depart ment,Zhengzhou Railway Vocational&Technical College,Zhengzhou 450052,China)Abstract:Prediction met hod of fatigue life of flexible f ramed st ruct ure was discussed,dynamic model of rigidity2flexibility co upled multi2body was established,and time history of dynamic load at t he critical point of t he st ruct ure was comp uted.Influential factors of st resses were obtained by using t he finite element analysis met hod for quasi2static conditions.The nat ural frequency and vibration modes of t he struct ure as well as t he location of it s critical point were determined by using t he model analysis technique.Based on t he dynamic load history of critical st ress distribution and employing t he material characteristic curves and it s linear damage t heory,t he cyclic counting of stresses and st rains,damage p rediction,and life estimation of t he flexible st ruct ure were performed in standard time domain.The fatigue life prediction of t he f ramed st ruct ure was conducted wit h t his met hod and it was shown by t he result t hat t he prediction accuracy was valid and t he design quality of struct ure durability would be effectively imp roved.K ey w ords:multi2body system;flexible st ruct ure;finite element;fatigue life prediction 预测结构寿命最有效方法是通过室内工作台或线路耐久性试验获得危险点的动应力历程数据.对一些复杂结构,要在室内进行耐久性试验几乎是不可能的.而在实际线路上进行耐久性试验,耐久性试验费用昂贵,试验周期也长,受到运行路线和时间等诸多条件限制,只能在有限的线路和时段内进行构架结构危险部位的动应力测试,进而通过应力应变数据的有效采集和雨流法统计处理,最后根据相关损伤累计理论进行结构寿命估计.文献[1]中首次在国内外提出通过动力学仿真及有限元分析混合技术手段进行车体结构疲劳寿命 收稿日期:2008202229 作者简介:董黎生(19622),男,山西万荣人,副教授.的评估.就机车车辆而言,在运行过程中反复承受随机轨道不平顺传递的持续小幅振动载荷、过曲线、过道岔以及启动制动时的冲击等复合载荷的作用,导致结构关键部位,如关键位置处的焊接接头以及焊接区域局部应力集中发生,从而导致裂纹萌生和扩展等结构疲劳现象的发生.针对这些疲劳问题,现场一般采用设置局部加强筋、开设止裂板等措施来提高其局部静强度和分化应力集中导致的影响.但是这些措施并没有从整车系统动态特性的角度考虑问题,因此可能再次导致结构刚度的分布不均,从而使得结构其他部位再次出现新的疲劳问题.在文献[1～8]的基础上,本文提出一种柔性结构疲劳寿命的预测方法,对机车车体结构进行寿命预测.第34卷第4期2008年8月兰 州 理 工 大 学 学 报Journal of Lanzhou University of TechnologyVol.34No.4Aug.20081 柔性结构疲劳寿命的预测方法分析结构疲劳强度时,获得准确的结构动应力历程是重要的前提条件之一,且要求较为准确的确定结构危险区域的高应力节点.如果能通过构架结构实际线路运行时的动应力试验结果,对预测其疲劳寿命是非常有效的.本文通过建立整车系统的多体动力学模型,获得其危险节点的应力分布,并将用来进行疲劳寿命评估.结合文献[1]中提出的多体有限元法技术,本文提出预测柔性结构疲劳的基本流程图如图1所示.图1 柔性构架结构疲劳仿真方法Fig.1 F atigue simulation method of flexible framedstructure具体计算步骤可以表示为[2,3]:1)根据构架受力分析确定构架结构载荷历程.进行构架结构的模态分析和对应载荷历程的准静态应力影响因子的计算;建立详细的构架有限元模型,确定构架结构受力状况.2)通过动力学仿真获得作用在构架结构上的随机动载荷历程,并考虑构架结构是弹性的;3)获得构架材料的S 2N 曲线;4)将多体动力学仿真对应的载荷历程和准静态应力相互叠加计算,获得结构的动应力历程,并进行雨流法统计处理;5)根据相关累计损伤和修正理论,进行构架结构危险部位的损伤累计和最终结构疲劳寿命的预测.2 柔性构架结构疲劳寿命的预测2.1 多体动力学建模在大型结构的多体动力学分析中,一般很少考虑结构柔性.随着计算机技术的发展,目前已经可以在多体模型中直接考虑构架结构为柔性的影响.本文采用多体动力学分析软件SIM PAC K 进行机车整车系统的多体动力学建模和仿真.图2表示将构架结构考虑为柔性的刚柔混合机车整车多体模型.图2 机车多体动力学模型Fig.2 Multi 2body dynamic model of locomotive2.2 构架动应力分析时域上有两种方法可以计算复杂结构的动应力时间历程信息:准静态应力法和瞬态分析法.频域上构架结构的动应力/应变的计算也包括两种方法:谐应力分析法和随机振动应力分析法.这里主要阐述一种获得构架结构动应力的典型方法[4～6],即结合多刚体动力学仿真的准静态应力法将整个系统部件作为多刚体动力学建模.从多刚体动力学仿真中,获得关键位置,如牵引座、垂向减震器,横向减震器等铰接处的动载荷历程(包括结构支反力、加速度、角速度和角加速度的载荷历程等).将单位载荷取代结构外载荷,同方向、同位置施加在结构部件对应的有限元模型节点位置上.分析后获得危险节点位置对应的各载荷分量的结构应力影响因子SIC (stress influence coeffi 2cient s ).然后将该应力影响因子和动载荷历程相乘叠加求和,可以获得结构危险位置的动应力历程.本文主要利用有限元分析软件ANS YS ,创建构架的有限元模型,利用子结构分析技术缩减构架模型的规模,以及模态分析技术分别获得结构的子结构模型和结构的固有频率和振型,图3表示构架一阶扭转模态及其模态影响因子(25.514Hz ).图3 构架一阶扭转模态及其模态影响因子(25.514H z)Fig.3 First 2order torsion mode and mod al influence fac 2tor (25.514H z)of framed structure・171・第4期 董黎生等:柔性结构疲劳寿命的预测方法 2.3 构架建模及疲劳寿命仿真应用整车的多体动力学模型进行动力学仿真,结合有限元分析手段,结构随机振动和疲劳累积损伤基本理论,在计算机虚拟开发环境中完成复杂结构的疲劳寿命预测.构架有限元模型如图4所示.图4 某型机车构架有限元模型Fig.4 FEM model of locomotive bogie frame在机车整车动力学仿真中对柔性构架建模,主要目的就是考虑在机车整车多体动力学仿真中柔性构架的影响,了解柔性构架特征模态和频响模态,然后通过输入轨道随机不平顺的激励谱,使得构架在运行中和其他部件相互耦合和作用,从而有效计算出构架结构动态特性及其动态特性响应结果.限于篇幅,本文只讨论柔性多体动力学以及SIM PAC K 中弹性体的部分处理方法.柔性多体动力学主要是考虑结构柔性影响,即研究物体的变形和整体运动之间的相互耦合,以及因为耦合导致的动力学特性.单个柔性体的运动方程可以表示为[6]d d t 5T 5qT-5T 5q T +5U 5q T +J T λ=Q (1)其中,T 、q 、U 、J 、λ和Q 分别为柔性体的动能、广义坐标集、应变能、运动约束的J acobian 矩阵、La 2grange 乘子向量、广义力向量.针对大型构架结构寿命长的特点,采用结构安全因子寿命分析技术.获得危险节点45119的应力时间历程及构架结构局部疲劳寿命仿真结果,具体如图5、6所示.图5 构架结构危险节点的动应力历程Fig.5 Dynamic stress history of critical node in framedstructure图6 构架结构局部疲劳仿真结果Fig.6 Simulation result of local fatigue of framed structure3 结论和讨论本文采用刚柔耦合机车整车多体模型进行多体动力学仿真,结合有限元分析技术处理构架有限元模型,根据结构疲劳寿命损伤和累计理论进行寿命仿真研究.1)构架结构的疲劳损伤主要发生在低频区域范围内,集中损伤的范围主要产生于构架结构一系悬挂的连接处 构架端梁和横梁连接处,这些和实际该车动应力试验时,发生较大动应力危险区域基本一致.2)当构架振动频率在25Hz 以上区域时,由结构振动影响产生损伤较大.预测大型结构疲劳寿命是一项任务繁重的系统工程.这种方法可以引入到新产品结构设计的不同阶段和区域,缩短产品的开发周期和昂贵的耐久性试验费用,且可以有效提高结构耐久性设计质量,是今后有效预测大型结构的疲劳寿命的重点研究方向之一.参考文献:[1] 缪炳荣.基于多体动力学和有限元法的机车构架结构疲劳仿真研究[D ].成都:西南交通大学,2006.[2] SRID HAR S ,SH EKAR Y 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