针对三峡升船机齿轮齿条在全寿命周期内可能面临疲劳失效的问题,基于驱动电动机以及同步轴转矩计算出的齿轮齿条载荷,构建了包含受力齿面、载荷循环次数的齿条载荷谱;结合齿条的S-N曲线、Miner线性累积损伤准则,计算了齿条在设计寿命35年内的损伤度及剩余疲劳寿命。此外,采用累积迭代法计算了齿条的接触、弯曲安全系数,实现了齿条实际载荷与设计载荷下安全系数的相互对比与运行安全性能验证。研究表明,齿条上齿面的啮合次数较多,其概率为73.03%;在设计寿命内,齿条上齿面的接触疲劳总损伤度为1.65×10-12,按载荷谱的总循环次数为1.87×1017;齿条上齿面的弯曲疲劳总损伤度为8.15×10-14,按载荷谱的总循环次数为3.78×1018,齿条在设计寿命35年后具有很长的剩余疲劳寿命;齿条的接触安全系数SH=2.958,弯曲安全系数SF=8.106,均大于所选取的较高可靠度下的最...

针对装载机驱动桥轮边减速器齿轮系统的疲劳问题,开展了其动力学仿真与疲劳寿命评估。首先,基于刚体动力学与刚柔耦合动力学,分析了太阳轮与行星轮接触力的变化情况,并与接触力理论计算值对比,验证了模型的可信性;而后,将太阳轮考虑为柔性体,提取了齿根疲劳危险点的应力时间历程,对应力时间历程进行了峰谷抽取与小波去除,结合Goodman公式修正了平均应力的影响,编制了一维应力谱;最后,依据线性疲劳损伤累积准则对太阳轮齿根的裂纹萌生寿命进行了计算评估,并与实验结果进行了对比。结果表明,基于刚柔耦合动力学模型的太阳轮的裂纹萌生寿命为42709 h,与两次实验结果的相对误差分别为1.5%与3.7%,验证了评估方法的合理性,为齿轮系统的优化与抗疲劳设计提供了参考。

针对电动汽车减速器齿轮疲劳寿命研究存在加载信号简单、难以反映实际行驶中的真实受载问题,提出了一种以实际行驶载荷谱为输入的电动汽车减速器齿轮疲劳寿命分析方法。制定减速器试验场实际行驶载荷谱采集方案,组建测试系统,采集了电动汽车减速器实际行驶载荷谱;在此基础上,建立了电动汽车减速器刚-柔耦合系统动力学模型,并进行了运动学和动力学验证;以采集的实际行驶载荷谱为输入,提取齿轮啮合力,结合有限元分析模型,对减速器齿轮损伤和寿命进行了分析。结果表明,基于实际载荷谱的电动汽车减速器齿轮疲劳寿命分析更加符合真实情况。

针对现有的谐波减速器加速寿命试验方法效率低、试验方案不完善的问题,提出了一种双应力步降加速寿命试验方法。以工业机器人用谐波减速器为研究对象,通过对加速方案的对比以及加速寿命失效机理的分析,制定出双应力步降试验载荷谱。基于各段步降载荷应力之间的迭代关系,利用遗传算法计算了谐波减速器所服从Weibull分布的最优参数。结果表明,此双应力步降加速寿命试验的加速因子为12.5。该方案准确并有效地提高了试验效率,为优化谐波减速器设计以及缩短谐波减速器加速寿命试验的试验周期提供了参考依据。

针对复杂服役环境交变气动载荷下高速列车底板-铆钉结构的疲劳损伤问题,提出基于服役气动载荷-铆钉结构应力分布的疲劳载荷谱编制及损伤评估方法。首先,建立列车底板/铆钉/梁板有限元模型,分析不同方向气动载荷下底板弯曲效应对铆钉结构强度的影响机理,获取气动载荷-铆钉应力的非线性传递因子;然后在列车底板布置气动差压测点捕捉底板服役气动载荷谱;最后,结合服役气动载荷谱和非线性传递因子编制铆钉结构的动应力载荷谱,基于雨流计数和Miners累积损伤准则建立铆钉结构二维八级载荷谱,并采用第四强度理论应力准则进行疲劳损伤评估。研究结果表明:在交变载荷下,高速动车组达到服役寿命960万km时,铆钉结构2个危险点在3个分区气动载荷及平均气动载荷作用下的疲劳总损伤分别为0.64,0.53,0.56,0.51和0.19,0.52,0.36,0.13。疲劳总损伤达到1.0,即认为铆...

为了在挖掘机实机定型投产之前更准确地验证各构件的设计参数,提出了一种利用离散元-多体动力学(DEM-MBD)联合仿真预测挖掘作业性能的分析方法。对某国产型号液压挖掘机进行了平地、斜坡工况下的多组实验测试,得到了对应工况的载荷谱数据。根据实验过程中挖掘机的挖掘过程以及料堆形状,利用动力学软件RECURDYN与离散元软件EDEM进行了联合仿真,还原了挖掘过程中挖掘机的作业状态。对比实验采集的载荷谱推导所得的数据和联合仿真数据,结果表明:联合仿真得到的各组油缸推力以及挖掘阻力数据与实验数据的相关系数均大于0.9,证实离散元-多体动力学联合仿真分析方法适用于挖掘机的挖掘作业性能分析。

以某快速地铁车辆的一系钢圆弹簧为研究对象,开展疲劳寿命预测分析。通过有限元软件ANSYS建立一系钢圆弹簧模型,分析它在最大工作载荷下的应力分布;通过动力学分析软件SIMPACK建立快速地铁车辆模型,得出弹簧在纵向、横向和垂向振动位移时间历程;基于Miner线性疲劳损伤理论,以一系钢圆弹簧的应力和载荷谱为输入,结合疲劳寿命分析软件FE-SAFE对一系钢圆弹簧进行疲劳寿命计算。结果表明:快速地铁车辆一系钢圆弹簧第二圈内侧为应力最大部位,最大应力1294.19 MPa,疲劳寿命约为1945942次,符合某快速地铁车辆一系钢圆弹簧实际情况。

利用UG软件建立航空发动机高压涡轮盘有限元模型,并用ANSYS软件进行了网格划分。对构件各状态下的应力、温度场进行计算分析,从而确定危险部位。根据热强参数方程,计算高压涡轮盘在不同工作状态下的蠕变寿命,从而得到其蠕变寿命载荷谱。对高压涡轮盘蠕变寿命载荷谱进行提取,并以蠕变寿命消耗线性叠加原理为基础,对高压涡轮盘的蠕变寿命进行等效计算。研究结论为高压涡轮盘蠕变寿命预测提供了依据。

在进行载荷谱时域外推时,为更好地估计超阈值载荷数据所服从的广义帕累托分布(Generalized Pareto Distribution,GPD)参数,分别对比极大似然估计(Maximum Likelihood Estimation Moments,ML)、矩估计(Method of Moments,MoM)及概率加权估计(Probability Weighted Moments,PWM)对GPD分布参数选取的影响,并选取最优参数估计方法。首先搭建了挖掘机压力测试系统,并采集挖掘机在典型工况工作下载荷数据;其次以最小均方根误差所对应值为最优阈值,分别计算3种参数估计方法所对应最优阈值及GPD拟合参数;最后分别绘制3种参数估计方法下超阈值载荷数据和GPD拟合CDF图和Q-Q图。结果表明:3种参数估计方法的拟合结果和超阈值样本之间的相关系数均在0.99以上,都可以较好地拟合超阈值载荷数据的GPD分布,但PWM参数估计方法能够包含较多有效载荷数据且拟合效果更好。

针对某城市快速地铁车辆转向架螺旋弹簧频繁出现断裂的问题,以该线路地铁车辆转向架弹簧为研究对象,建立三维模型。根据弹簧在实际工程中发生疲劳断裂的部位,分析弹簧模型在静强度下的受力,以验证弹簧模型的准确性。以实测位移载荷数据为基础建立载荷谱,根据载荷谱及材料的S-N曲线计算出不同工况下的一系钢圆弹簧最小疲劳寿命。通过改变弹簧参数求出不同参数下的最小疲劳寿命,以探究弹簧参数与最小疲劳寿命之间的关系,从而找出提高弹簧疲劳寿命的方法。