以某型汽车涡轮增压器并联充液管路为研究对象,采用模拟仿真与试验验证相结合的研究方法,研究了充液管路在随机振动作用下的疲劳失效问题。首先,建立充液管路的流固耦合动力学模型,并通过模态试验验证了该模型的准确性;其次,基于所建立的动力学模型与管路实测的S-N曲线,进一步预测了充液管路在随机振动载荷谱下的疲劳寿命,并与试验结果进行了对比;最后,通过优化波纹管波高与壁厚,提高了充液管路的疲劳寿命。结果表明充液管路疲劳寿命随着波纹管波高尺寸与壁厚尺寸的增加先提升后下降;当波纹管波高与壁厚分别调整为3.5 mm与0.33 mm时,优化效果明显,充液管路的预期疲劳寿命由1.056×10~6提升到1.80×10~7。

对随机载荷作用下的特种车辆进行优化改进及检修维护的前提是预测其关键部件的疲劳寿命,为预测随机载荷作用下机构关键部件的疲劳寿命,提出基于随机载荷作用下的机构疲劳寿命预测方法。提出获得疲劳寿命曲线的拉伸疲劳实验法,得到关于构件本身的S-N曲线;提出基于疲劳寿命曲线的载荷谱编制,得到关于构件实际运动的疲劳寿命载荷谱;提出基于模糊理论的概率Miner法则,得到随机载荷应力作用下疲劳寿命预测模型;以舰载机牵引车举升机构关键部件举升轴为例进行研究,与通过实际工作参数进行计算得到的真实举升轴的疲劳寿命进行评估比较,得出此预测疲劳寿命方法更接近于实际,验证了这种方法求疲劳寿命的准确性,更加满足工程要求,为特种车辆的优化改进及检修维护提供理论依据。

应用ANSYS Workbench（AWE）软件的Fatigue Tool工具箱和S—N曲线，分别用Goodman直线模型、Gerber抛物线模型、Soderbe曙直线模型和S-N直线模型的平均应力修正法，对S型波纹管进行疲劳寿命分析，得到波纹管在各种工况下的疲劳寿命，从而进行波纹管的优化设计。主要介绍了波纹管寿命分析的一般思路及其力学原理。经试验验证：有限元法能够很好地模拟金属波纹管的疲劳寿命，精度也大大高于经验公式，同时也为波纹管寿命分析开辟了新的研究途径。

研究了微合金管线钢X80在不同疲劳测试条件下的高周疲劳行为，绘制了S-N曲线，从而得到相应的疲劳极限。通过显微组织分析、力学性能测试及高周疲劳实验可以发现，不同显微组织对微合金管线钢X80的疲劳极限和S-N曲线有很大的影响，同时观察并分析了疲劳断口形貌。结果表明，终轧温度的降低，可以使显微组织明显细化，从而提高了微合金管线钢X80的疲劳极限。

研究浅水半潜式大功率浮式风力机波浪载荷和气动力引起的基础结构疲劳损伤,揭示基础结构的疲劳损伤机理。采用谱疲劳损伤计算分析方法,以10 MW风力机为例,计算波浪载荷引起的热点应力及多种海况引起的疲劳损伤。采用叶素动量理论并基于所在海域的风速分布,计算叶轮转动引起的气动力及其引起的疲劳损伤。计算结果表明,对于半潜式三立柱浮式风力机,波浪载荷引起的基础结构应力远大于气动力引起的基础结构应力,基础结构损伤主要是由波浪载荷引起,气动力引起的浮式基础结构的损伤为10-3量级,而波浪载荷引起的损伤为10-1量级。

基于Miner线性累积损伤理论对刷式密封刷丝的疲劳寿命进行分析,采用Goodman平均应力修正理论对刷丝材料的S-N曲线进行修正,利用有限元静力学和疲劳寿命分析方法建立刷式密封刷丝的疲劳寿命分析模型。在验证数值模型准确性基础上,通过分析刷式密封刷丝的不同结构参数对刷丝疲劳寿命的影响,对刷式密封刷丝的结构参数进行优化。研究结果表明:刷式密封刷丝容易失效的区域主要为刷丝根部区域,其次为刷丝中间区域;在刷丝材料的屈服应力内,随着最大应力幅值的增加,刷丝的疲劳寿命降低;随着刷丝直径的增大,刷式密封刷丝的疲劳寿命降低,随着刷丝倾角和刷丝长度的增大,刷丝的疲劳寿命逐渐增加;当刷式密封的刷丝直径为0.08~0.12 mm,刷丝倾角为45°~55°,刷丝长度为8~12 mm时为刷式密封刷丝可获得最佳的疲劳寿命。

通过高周疲劳试验机,采用升降疲劳试验法,开展了室温及高温(150℃)环境下,UNS32100不锈钢管路焊缝接头疲劳性能的试验测试。得到了应力比R在-1、0.1、0.5等不同载荷条件下焊缝接头的疲劳寿命极限。基于非线性模型及最小二乘法,推导得到了不同载荷条件下的S-N曲线方程,并同步给出了其相对应的S-N曲线图。最后,进行了焊缝疲劳断口形貌的观察和分析。对UNS32100不锈钢管焊缝接头连接疲劳性能的试验研究及获得的疲劳寿命曲线,为航空发动机外部管路的疲劳设计与分析提供了数据支撑,具有重要的工程实际意义。

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。

主要论述齿根过渡圆角对齿轮弯曲强度的影响,利用Kisssoft软件计算不同齿根过渡圆角下齿根弯曲强度及其安全系数,利用零件的S-N曲线计算在设定工况下齿轮的损伤率,并通过静态耐久试验验证齿根过渡圆角对齿根弯曲强度的影响很大,为齿轮强度优化提供了参考.

为了增加航空材料在紧固连接件上的拓展应用,文中按照螺纹制成方法以及热处理过程的不同对高强度螺栓进行拉伸疲劳试验,采用三参数对数法得到高强度螺栓的S-N曲线进行对比分析。分析结果表明,使用1Cr15Ni4Mo3N和30CrMnSiNi2A材料并采用先淬火再滚制方式处理的高强度螺栓具有更高的条件疲劳极限。