典型结构件疲劳寿命分析研究
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
塑料齿轮疲劳寿命分析
1 的疲劳破坏疲劳是一种十分有趣的现象，当材料或结构受到多次重复变化的载荷作用后，应力值虽然始终没有超过材料的强度极限，甚至比屈服极限还低的情况下就可能发生破坏，这种在交变载荷重复作用下材料或结构的破坏现象就叫做疲劳破坏。
如图1所示，F表示齿轮啮合时作用于齿轮上的力。
齿轮每旋转一周，轮齿啮合一次。
啮合时，F由零迅速增加到最大值，然后又减小为零。
因此，齿根处的弯曲应力or也由零迅速增加到某一最大值再减小为零。
此过程随着齿轮的转动也不停的重复。
应力or随时间t的变化曲线如图2所示。
图1 齿轮啮合时受力情况图2 齿根应力随时间变化曲线在现代工业中，很多零件和构件都是承受着交变载荷作用，工程塑料齿轮就是其中的典型零件。
工程塑料齿轮因其质量小、自润滑、吸振好、噪声低等优点在纺织、印染、造纸和食品等传动载荷适中的轻工机械中应用很广。
疲劳破坏与传统的静力破坏有着许多明显的本质差别：1)静力破坏是一次最大载荷作用下的破坏；疲劳被坏是多次反复载荷作用下产生的破坏，它不是短期内发生的，而是要经历一定的时间。
2)当静应力小于屈服极限或强度极限时，不会发生静力破坏；而交变应力在远小于静强度极限，甚至小于屈服极限的情况下，疲劳破坏就可能发生。
3)静力破坏通常有明显的塑性变形产生；疲劳破坏通常没有外在宏观的显着塑性变形迹象，事先不易觉察出来，这就表明疲劳破坏具有更大的危险性。
工程塑料齿轮的疲劳寿命，是设计人员十分关注的课题，也是与实际生产紧密相关的问题。
然而，在疲劳载荷作用下的疲劳寿命计算十分复杂。
因为要计算疲劳寿命，必须有精确的载荷谱，材料特性或构件的S-N曲线，合适的累积损伤理论，合适的裂纹扩展理论等。
本文对工程塑料齿轮疲劳分析的最终目的，就是要确定其在各种质量情况下的疲劳寿命。
通过利用有限元方法和CAE软件对工程塑料齿轮的疲劳寿命进行分析研究有一定工程价值。
2 工程塑料齿轮材料的确定超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种综合性能优异的新型热塑性工程塑料，它的分子结构与普通聚乙烯(PE)完全相同，但相对分子质量可达(1～4)×106。
塑料齿轮疲劳寿命分析报告
1 齿轮的疲劳破坏疲劳是一种十分有趣的现象，当材料或结构受到多次重复变化的载荷作用后，应力值虽然始终没有超过材料的强度极限，甚至比屈服极限还低的情况下就可能发生破坏，这种在交变载荷重复作用下材料或结构的破坏现象就叫做疲劳破坏。
如图1所示，F表示齿轮啮合时作用于齿轮上的力。
齿轮每旋转一周，轮齿啮合一次。
啮合时，F由零迅速增加到最大值，然后又减小为零。
因此，齿根处的弯曲应力or也由零迅速增加到某一最大值再减小为零。
此过程随着齿轮的转动也不停的重复。
应力or随时间t的变化曲线如图2所示。
图1 齿轮啮合时受力情况图2 齿根应力随时间变化曲线在现代工业中，很多零件和构件都是承受着交变载荷作用，工程塑料齿轮就是其中的典型零件。
工程塑料齿轮因其质量小、自润滑、吸振好、噪声低等优点在纺织、印染、造纸和食品等传动载荷适中的轻工机械中应用很广。
疲劳破坏与传统的静力破坏有着许多明显的本质差别：1)静力破坏是一次最大载荷作用下的破坏；疲劳被坏是多次反复载荷作用下产生的破坏，它不是短期内发生的，而是要经历一定的时间。
2)当静应力小于屈服极限或强度极限时，不会发生静力破坏；而交变应力在远小于静强度极限，甚至小于屈服极限的情况下，疲劳破坏就可能发生。
3)静力破坏通常有明显的塑性变形产生；疲劳破坏通常没有外在宏观的显著塑性变形迹象，事先不易觉察出来，这就表明疲劳破坏具有更大的危险性。
工程塑料齿轮的疲劳寿命，是设计人员十分关注的课题，也是与实际生产紧密相关的问题。
然而，在疲劳载荷作用下的疲劳寿命计算十分复杂。
因为要计算疲劳寿命，必须有精确的载荷谱，材料特性或构件的S-N曲线，合适的累积损伤理论，合适的裂纹扩展理论等。
本文对工程塑料齿轮疲劳分析的最终目的，就是要确定其在各种质量情况下的疲劳寿命。
通过利用有限元方法和CAE软件对工程塑料齿轮的疲劳寿命进行分析研究有一定工程价值。
2 工程塑料齿轮材料的确定超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种综合性能优异的新型热塑性工程塑料，它的分子结构与普通聚乙烯(PE)完全相同，但相对分子质量可达(1～4)×106。
结构件的疲劳试验试验结论
结构件的疲劳试验试验结论结构件的疲劳试验是评估材料或构件在循环载荷下的疲劳寿命和可靠性的重要手段。
通过疲劳试验，可以确定结构件在不同载荷频率和幅值下的疲劳寿命，从而为设计和使用提供有价值的参考。
疲劳试验通常涉及到对构件的循环载荷加载，通过加载和卸载过程的重复，模拟实际使用中的循环负载情况。
试验结果可以通过断裂表面观察、应力应变变化监测等手段进行分析。
根据疲劳试验的结果，可以得出一些重要的结论。
首先，结构件的疲劳寿命与载荷周期、幅值和频率有着密切的关系。
当载荷频率较高或幅值较大时，疲劳破坏往往会更快发生，结构件的寿命也会相应减少。
此外，通过试验可以确定结构件的疲劳极限，即在一定周期和幅值条件下，结构件能够承受的最大循环载荷。
其次，疲劳试验还可以评估结构件的可靠性。
通过对多个样品进行试验，可以获得寿命的分布情况，进而可以对结构件的可靠性进行预测。
这对于设计和制造高可靠性的结构件具有重要意义。
此外，在疲劳试验中还可以观察到结构件的破坏形态和特征。
通常，疲劳破坏是从表面开始，并逐渐向内部扩展，最终导致结构件失效。
疲劳试验可以帮助我们了解材料的疲劳性能，提供针对材料和结构改进的指导。
总之，结构件的疲劳试验是研究材料疲劳性能和结构可靠性的重
要手段。
通过对试验结果的分析和研究，可以得出一些关于结构件疲
劳寿命和可靠性的重要结论，为结构件的设计和使用提供有益的指导。
此外，疲劳试验还可以帮助我们深入理解材料的疲劳机制，并提出改
进的建议。
因此，疲劳试验在工程领域具有重要的实际应用价值。
钢结构疲劳分析
钢结构疲劳问题
其他原因： 行动活荷载； 焊接缺陷：孔洞、夹渣等； 成型控制缺陷（冲孔、剪边、气割）； 几何截面的突然变形； 地震的对结构的反复摇摆，温度变化。
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钢结构疲劳问题
疲劳计算原则
安全寿命法：先估计一个荷载谱，然后通过分析和实验找出 关键构件在这一荷载普下的语气寿命，在引入安全系数以得 到安全寿命，安全寿命决定使用期限，就够后构件到安全寿 命就要报废或者更换，使用于飞机设计。
应力比：R=min/ max
应力幅：循环一周最大、最小应力差
= max- min
t
t
常幅疲劳
变幅疲劳
“常幅疲劳”是指在使用期内交变荷载下每次循环的应力变化幅 值相同；否则称“变幅疲劳”。承受吊车荷载的吊车梁属变幅疲 劳，因为起吊重量有时满载，有时欠载。
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钢结构疲劳问题
a）静应力R=1 b）脉动循环应力R=0 c)对称循环应力R=-1
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钢结构疲劳问题
延长疲劳寿命的方法： 减小初始裂纹尺寸a1。因为在裂纹尺寸很小时，扩展速率da/dN很低； 降低构件所承受的应力和采用韧性较好的材料。减低应力幅要求增大构件截 面，从而提高造价。采用高韧性材料和加强施工质量控制也都要提高造价。 于是要权衡轻重做出最佳的方案
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钢结构疲劳问题
高周疲劳：在疲劳破坏之前具有应力大，应变小的特点 低周疲劳：在疲劳破损之前具有应力小，应变大的特点 采用较小的循环应力，可降低疲劳强度，增大构件的寿命
I:对接焊缝 II:角接焊缝
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钢结构疲劳问题
应力幅准则
自从焊接结构用于承受疲劳荷载以来，工程界从实践逐渐认识
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钢结构疲劳问题
A的纵坐标是在N=N1时，交变循环荷载作用下的 max
机械设计中的疲劳分析与寿命预测
机械设计中的疲劳分析与寿命预测在机械设计领域，疲劳分析与寿命预测是至关重要的环节。
这不仅关系到机械设备的可靠性和安全性，还直接影响着生产效率和经济效益。
首先，我们来了解一下什么是机械疲劳。
简单来说，机械疲劳就是在循环载荷的作用下，材料或结构逐渐产生裂纹并扩展，最终导致失效的现象。
这种循环载荷可以是周期性的振动、拉伸、压缩等。
想象一下，一根反复弯曲的铁丝，经过多次弯曲后最终会断裂，这就是一个典型的机械疲劳的例子。
疲劳失效与静载荷下的失效有很大的不同。
在静载荷下，材料通常会在达到其强度极限时发生一次性的断裂。
然而，疲劳失效往往是在远低于材料的静态强度极限的应力水平下发生的，而且是经过多次的循环加载才会出现。
这就使得疲劳分析变得更加复杂和具有挑战性。
那么，为什么要进行疲劳分析呢？原因很简单，就是为了提前预测机械部件可能的失效时间，从而采取相应的预防措施。
例如，在航空领域，飞机的机翼和发动机部件在飞行过程中会承受无数次的循环载荷，如果不进行准确的疲劳分析和寿命预测，就可能会导致严重的飞行事故。
在汽车工业中，发动机的零部件、悬挂系统等也都需要进行疲劳分析，以确保车辆的可靠性和耐久性。
在进行疲劳分析时，需要考虑多个因素。
材料的特性是其中的关键之一。
不同的材料具有不同的疲劳性能，比如强度、韧性、硬度等。
此外，材料的表面质量也会对疲劳寿命产生影响。
一个表面粗糙的零件相比于表面光滑的零件，更容易产生疲劳裂纹。
载荷的特征也是重要的考虑因素。
载荷的大小、频率、波形等都会影响疲劳寿命。
比如，高频的载荷往往会导致更短的疲劳寿命。
零件的几何形状和尺寸同样不容忽视。
尖锐的转角、孔、槽等部位容易产生应力集中，从而加速疲劳裂纹的形成。
为了进行准确的疲劳分析和寿命预测，工程师们通常会采用多种方法和技术。
实验方法是其中一种常见的手段。
通过对实际零件进行疲劳试验，可以直接获得其疲劳寿命的数据。
然而，这种方法往往成本高、周期长，而且对于一些大型复杂的结构不太适用。
机械结构的疲劳寿命分析
机械结构的疲劳寿命分析引言：机械结构的疲劳寿命分析是在工程设计中十分重要的一项工作。
疲劳寿命分析能够帮助我们评估结构的可靠性，预测其在长时间使用和重复载荷作用下的耐久性。
在本文中，我们将探讨机械结构疲劳寿命分析的基本原理、方法以及在实际工程中的应用。
一、什么是疲劳寿命分析疲劳寿命分析是对机械结构在长时间使用和重复载荷作用下的耐久性进行评估和预测的一种方法。
在机械工程中，结构件通常会承受变化的载荷，这些载荷会引起结构内部的应力集中和应力变化，进而导致疲劳损伤的累积。
疲劳寿命分析可以帮助工程师确定结构的寿命，从而指导设计和改进工作。
二、疲劳寿命分析的原理疲劳寿命分析的基本原理是根据材料的疲劳性能曲线来评估结构的疲劳寿命。
疲劳性能曲线通常由应力幅和循环次数两个参数确定。
应力幅是指载荷作用下应力的最大值和最小值之间的差异，循环次数则是指载荷作用下的循环数。
通过实验和统计方法，我们可以得到材料的疲劳性能曲线，并据此进行疲劳寿命分析。
三、疲劳寿命分析的方法1. 应力-寿命方法：这是最常用的疲劳寿命分析方法之一，通过应力分析和应力幅数据，结合材料的疲劳性能曲线，计算结构在特定载荷下的预期寿命。
这种方法适用于已知结构的应力分布和载荷历史的情况。
2. 序列法：序列法是一种逐步逼近的方法，在每个载荷历史步骤中，根据当前载荷条件下应力分析结果和材料的疲劳性能曲线，计算结构在该载荷步骤下相对于前一步的疲劳寿命。
通过多次迭代计算，最终得到整个载荷历史下的疲劳寿命。
3. 基于损伤累积理论的方法：这种方法将结构的疲劳寿命划分为若干个阶段，通过对每个阶段的疲劳损伤进行累积计算，预测结构的整体疲劳寿命。
损伤累积方法适用于结构由多个不同材料组成的情况，可以更精确地评估结构的寿命。
四、疲劳寿命分析的应用疲劳寿命分析广泛应用于航空航天、汽车、机械制造等领域的工程设计和材料选用中。
通过充分了解机械结构在长时间使用和重复载荷作用下的耐久性，工程师可以进行合理的设计和改进工作，提高结构的可靠性和使用寿命。
结构件的疲劳寿命分析方法1
结构件的疲劳寿命分析方法摘要：本文简单介绍了在结构件疲劳寿命分析方法方面国内外的发展状况, 重点讲解了结构件寿命疲劳分析方法中的名义应力法、局部应力应变法、应力应变场强度法四大方法的估算原理。
疲劳是一个既古老又年轻的研究分支，自Wohler 将疲劳纳入科学研究的范畴至今，疲劳研究仍有方兴未艾之势，材料疲劳的真正机理与对其的科学描述尚未得到很好的解决。
疲劳寿命分析方法是疲分研究的主要内容之一，从疲劳研究史可以看到疲劳寿命分析方法的研究伴随着整个历史。
金属疲劳的最初研究是一位德国矿业工程帅风W.A.J.A1bert 在1829年前后完成的。
他对用铁制作的矿山升降机链条进行了反复加载试验，以校验其可靠性。
1843 年，英国铁路工程师W.J.M.Rankine 对疲劳断裂的不同特征有了认识，并注意到机器部件存在应力集中的危险性。
1852年-1869 年期间，Wohler对疲劳破坏进行了系统的研究。
他发现由钢制作的车轴在循环载荷作用下，其强度人大低于它们的静载强度，提出利用S-N 曲线来描述疲劳行为的方法，并是提出了疲劳“耐久极限”这个概念。
1874 年，德国工程师H.Gerber 开始研究疲劳设计方法，提出了考虑平均应力影响的疲劳寿命计算方法。
Goodman讨论了类似的问题。
1910年，O.H.Basquin提出了描述金属S-N 曲线的经验规律，指出：应力对疲劳循环数的双对数图在很大的应力范围内表现为线性关系。
Bairstow 通过多级循环试验和测量滞后回线，给出了有关形变滞后的研究结果，并指出形变滞后与疲劳破坏的关系。
1929年B.P.Haigh研究缺口敏感性。
1937年H.Neuber指出缺口根部区域内的平均应力比峰值应力更能代表受载的严重程度。
1945年M.A.Miner 在J.V.Palmgren 工作的基础上提出疲劳线性累积损伤理论。
L.F.Coffin 和S.S.Manson各自独立提出了塑性应变幅和疲劳寿命之间的经验关系，即Coffin —Manson 公式，随后形成了局部应力应变法。
汽车钢板弹簧疲劳寿命分析方法
汽车钢板弹簧疲劳寿命分析方法摘要：为合理研究汽车钢板弹簧的疲劳寿命，利用载荷谱测量数据，定义和调整材料疲劳曲线，并采用Miner的累积磨损理论，最后得出汽车钢板弹簧寿命结论。
结果与汽车安全性试验的结论十分相符，同时对影响钢板弹簧使用寿命的各种因素进行了研究，建立了一种通过测试分析来检测钢板弹簧疲劳寿命的办法，有助于提高汽车板簧的可靠性。
关键词：汽车行业；钢板弹簧；疲劳寿命；具体方法引言：汽车钢板弹簧是车辆悬挂体系中的最主要部分之一，具有联接轮胎和车架的功能。
除汽车和货物的载重以外，还承担着道路崎岖所带来的冲击。
由此可见，板簧作为汽车减震和储能的重要部件，能够吸收巨大的弹性而不发生永久变形。
为了良好的汽车行驶舒适性和汽车稳定性，就必须提高钢板弹簧的强度和使用年限。
因此，对于汽车钢板弹簧疲劳寿命分析具有积极意义。
1.影响钢板弹簧寿命的主要因素（一）原料的选用对于抗拉强度高的板簧，在使用中不易发生永久变形，如果钢在淬火时为全马氏体，则其力学性能均匀分布在横截面上，钢材可以发挥其最大的抗拉强度。
如果钢中含有其他非马氏体组织，则芯部的力学性能低，特别是韧性低，会降低其弹性极限和屈服强度。
因此，首先钢铁材料本身应具备一定的淬透性，不同的金属材料拥有各不相同的淬透性。
由于钢板弹簧产品需要严格执行国家相关汽车技术标准，规定为疲劳寿命大于或等于8万次以上的产品为合格产品。
所以，选用材料的主要依据就是产品的疲劳寿命，是否能够满足技术标准[1]。
（二）原材料的质量钢板弹簧原材料的质量主要包括两种因素：分别为原材料的外部质量和内部质量。
原材料的外部质量有很多缺陷，比如划痕、凹坑、开裂、锈蚀、侧裂等等。
原材料的内部质量缺陷也不少，通常包括非金属夹杂物、气孔、气泡、条带。
结构松散，碳化物偏析高，开裂，碳和合金含量低。
原材料的内部品质问题，一般分为：非金属夹杂物质、气孔、气泡、细条带。
结构疏松、碳化物偏析度高，容易发生断裂现象，碳和合金含量较少。
基于虚拟迭代及有限元理论的某中型货车驾驶室疲劳寿命研究
0引言机械零件大多数的破坏是由疲劳引起的，根据疲劳损伤机理进行零部件疲劳寿命的分析预测是工程师们面临的一项重要课题。
目前机械零件疲劳寿命分析预测方法主要有名义应力法、应力场强法、临界距离法等。
崔泗鹏等［1］在进行振动载荷下连接件疲劳寿命分析计算时使用了名义应力法，并综合考虑连接件孔边的应力均方根集中程度、孔表面状况和填充系数的影响。
该方法在疲劳寿命计算中用到的关键参数缺口系数为估算值，并且孔的填充系数为经验值，而孔的变化对填充系数影响较大。
李玉春等［2］针对缺口件运用应力场强法进行构件的多轴疲劳下的寿命预测，综合考虑了缺口效应、尺寸效应、不同加载方式及多轴效应的影响。
该方法考虑影响因素较多，在进行计算时所需参数较多，计算复杂。
辛朋朋等［3］针收稿日期：2017－06－19基于虚拟迭代及有限元理论的某中型货车驾驶室疲劳寿命研究刘俊1刘亚军1张少辉1杨建森2董强强21.合肥工业大学汽车与交通工程学院，合肥，2300092.中国汽车技术研究中心汽车工程研究院，天津，300300摘要：以某中型货车的驾驶室为研究对象，通过整车典型强化路面试验测量得到驾驶室悬置位置及车架上相应位置的加速度响应信号，并基于K&C 试验台和MTS 试验台分别测量得到驾驶室质心、转动惯量和衬套刚度阻尼等参数。
采用ADAMS 建立驾驶室和车架的刚柔耦合多体动力学模型；采用Fem⁃b 软件使用虚拟迭代的方法计算驾驶室悬置处和翻转机构处的载荷谱；最后运用Miner 线性疲劳累积损伤理论在疲劳仿真软件nCode 中进行疲劳分析。
通过台架试验验证了疲劳仿真的结果，并通过结构尺寸参数的重新设计使驾驶室前围板的疲劳寿命满足了设计要求。
关键词：惯性释放；刚柔耦合多体模型；虚拟迭代；疲劳分析；参数重设计中图分类号：U463.81DOI ：10.3969/j.issn.1004⁃132X.2018.13.012开放科学(资源服务)标识码(OSID)：Fatigue Analysis of a Medium Truck Cab Based on Virtual Iteration andFinite Element TheoryLIU Jun 1LIU Yajun 1ZHANG Shaohui 1YANG Jiansen 2DONG Qiangqiang 21.Institute of Automobile and Traffic Engineering ，Hefei University of Technology ，Hefei ，2300092.Automotive Engineering Research Institute ，China Automotive Technology and Research Center ，Tianjin ，300300Abstract ：Taking the cab of a medium truck as the research object ，the acceleration response signals of the cab mounting positions and the corresponding positions on the frame were obtained through the typical reinforced road tests.The center of mass ，moment of inertia of the cab and stiffness and damping of the bushing were measured based on the K&C test bench and the MTS test rig.The rigid⁃flexible cou⁃pling multi ⁃body dynamics model of the cab and frame was established in ADAMS software.The load spectrums of the cab suspension and flipping mechanisms were calculated by the method of virtual itera⁃tion in b software.Finally ，fatigue analysis was carried out in the fatigue simulation software nCode with the Miner linear ⁃cumulation fatigue damage theory.The results of fatigue simulation were validated by bench tests and the fatigue life of cab front panel was satisfied by redesign of the structural parameters.Key words ：inertial release ；rigid ⁃flexible coupledmulti⁃body model ；virtual iteration ；fatigue anal⁃ysis ；parameter redesign··1588对TC4合金缺口试样运用临界距离法进行疲劳寿命的分析预测，指出临界距离法分析结果精度的提高需同时考虑临界距离与疲劳寿命、载荷比以及应力集中系数等因素的相关性。