针对疲劳寿命预测中传统疲劳累积损伤准则(即Miner准则)存在误差较大的问题,为了提高固体充填液压支架疲劳寿命的预测精度和保证服役过程的安全可靠性,利用灰色系统模型GM(1,1)对传统Miner准则加以改进.以ZZC8800/20/38型六柱支撑式固体充填液压支架的底座为研究对象,基于ANSYS对危险工况下底座应力进行分析,同时结合疲劳试验对底座进行寿命预测.结果表明相比传统Miner准则,改进Miner准则的预测精度提高了40.32%,为固体充填液压支架疲劳寿命预测提供了一种有效的方法,对其安全服役具有一定的参考意义.

在实际工程领域中,零件的疲劳破坏给工程界带来了难以计量的损失。所谓疲劳,是指零件在承受远低于其屈服极限的循环载荷时突然失效的情况。疲劳问题一直受到广泛关注,关键距离法(TCD算法)最初由Taylor等人提出,该理论将试件缺口附近区域某点,线上的应力特征值作为疲劳失效判断准则。拟选用疲劳试验机对45#钢缺口试样在四种应力级下进行疲劳试验,对45#钢缺口试样的疲劳性能进行了试验研究。同时运用了传统TCD算法以及改进TCD算法对45#钢缺口试样的疲劳寿命进行了预测,与实验结果进行比较,改进的TCD算法相对于传统TCD算法获得的预测结果更令人满意。从而为工程上缺口构件的疲劳寿命预测提供了理论计算方法。

针对传统经验公式估算连续油管疲劳寿命精度较低的问题,利用MATLAB建立了3层BP神经网络模型,基于该模型预测不同内压作用下连续油管疲劳寿命,分析连续油管疲劳寿命与壁厚的关系。对比预测结果与已有试验数据,结果表明不同内压作用下,连续油管疲劳寿命预测平均误差率为4.8%,最小相对误差率为0.3%,最大相对误差率为9.4%,随着内压增大连续油管疲劳寿命减少;改变连续油管壁厚,连续油管疲劳寿命预测平均误差率为1.4%,最小相对误差率为0.6%,最大相对误差率为2.8%,预测精度高于有限元预测结果,说明壁厚增加会延长连续油管疲劳寿命。基于BP神经网络模型预测连续油管疲劳寿命,降低了经验公式估算误差,提高了连续油管疲劳寿命预测精度。

圆柱齿轮应用广泛,建立适用范围广、便于计算的圆柱齿轮弯曲疲劳寿命预测模型有重大意义。通过齿轮弯曲疲劳试验结合有限元模型仿真结果,计算得到了不同应力幅值下齿根处能量累计曲线;在能量累计曲线的基础上,得到不同应力幅值下的断裂累计能曲线。基于Palmgren-Miner线性累积损伤理论和以上曲线,提出了一种圆柱齿轮弯曲疲劳寿命预测模型。采用该模型分析了不同应力幅值下的圆柱齿轮弯曲疲劳试验结果,均处于模型预测结果3倍范围内,证明该模型可以较为准确地预测圆柱齿轮弯曲疲劳寿命。

针对工程应用中液压支架前连杆疲劳寿命预测的需求,提出了一种基于RBF神经网络的疲劳寿命预测方法,选取5个关键设计参数为输入量,以前连杆疲劳寿命为目标函数建立了疲劳寿命预估模型。首先,运用有限元分析获得前连杆的疲劳寿命,再通过优化拉丁采样的方法获得训练样本点,并以此建立前连杆疲劳寿命的RBF神经网络预估模型,通过优化RBF神经网络的目标值和扩散值提高模型的预估精度。结果表明:优化后的前连杆疲劳寿命预估模型计算结果与测试样本点拟合精度较高,平均相对误差为6.72%,满足工程目标,适当增加训练样本点的数量有利于进一步提高疲劳寿命的预估精度。

为了解决液压支架前连杆疲劳寿命难以直接估算且预测成本较高的问题,采用鲸鱼优化算法(WOA)优化BP神经网络模型进行液压支架前连杆疲劳寿命估算,建立液压支架前连杆5个主要参数与疲劳寿命的非线性映射关系。首先在ANSYS的Fatigue模块中输入液压支架前连杠的5个主要参数,获取30组疲劳寿命仿真结果。然后从30组数据中随机选取25组数据作为优化后BP神经网络的训练集,剩余5组数据作为测试集。预测结果表明,WOA-BP神经网络模型预测精度较高,最大相对误差仅5.19%。

基于齿轮疲劳失效理论,利用Workbench和nCode方法建立齿轮CAE模型,完成齿轮接触动力学和疲劳寿命预测分析。以疲劳耐久性主要影响因素为表征参量,对齿轮副进行静态和瞬态特性分析。在给定不同载荷谱的情况下,基于材料S-N曲线和Miner线性损伤累计理论,利用疲劳分析软件nCode Design-Life对齿轮副进行疲劳可靠性分析,得出齿轮接触区域的疲劳结果云图和各节点的疲劳寿命。结果表明:齿轮传动静载条件下的最大接触应力和最小疲劳寿命的区域相同;在动载条件下,最小疲劳寿命出现在齿面分度圆与齿轮端面的过渡区域;在静载、动载条件下,从动轮扭矩的变化对齿轮传动的疲劳寿命影响较大。研究结果可为齿轮抗疲劳优化和加速试验方法的设计提供参考。

针对022Cr17Ni12Mo2不锈钢U形缺口件进行拉伸试验和应力控制条件下的低周疲劳试验,并进行疲劳寿命预测.拉伸试验和疲劳试验结果均表明,U形缺口件的缺口强化效应较先前半圆形缺口件更为明显;疲劳强度因子随寿命的降低而减少,低应力水平下缺口效应更为显著.针对迟滞回线和应变变化幅度分析其循环特性,U形缺口件硬化程度略高于半圆形缺口件.采用Peterson模型和Kf试验法进行缺口件疲劳寿命预测,结果表明Kf试验法得到的寿命预测结果好于Peterson模型的预测结果.

针对柔顺机构中柔性铰链受到交变对称循环载荷的作用下,使柔性铰链最薄弱处容易产生应力集中,导致柔性铰链疲劳失效问题,以柔顺机构中椭圆型柔性铰链为研究对象,以材料力学中纯弯曲理论为基础,推导椭圆柔性铰链切口处最大集中应力计算公式;利用ANSYS仿真分析,对比验证了计算公式的准确性与可行性;在此基础上,通过引入线性回归方法,建立椭圆型柔性铰链寿命预测模型,既可以预测椭圆型柔性铰链的疲劳寿命,也可以解决疲劳失效问题。通过实例验证了该模型的正确性与有效性,可为其他类型柔性铰链的疲劳失效与寿命预测提供重要参考。

在运动学分析的基础上,运用RecurDyn软件建立三叉杆滑移式万向联轴器刚柔耦合动力学仿真模型,深入分析了传动元件滑杆的接触应力随输入轴和输出轴夹角、转动频率、负载等参数的变化规律。在此基础上,基于应力时间历程寿命计算准则对三叉杆滑移式万向联轴器进行疲劳寿命预测。研究结果为进一步分析三叉杆滑移式万向联轴器的动力学特性和润滑特性打下基础,为其结构设计和推广应用提供依据。