用迈纳的疲劳累积损伤规则来估算节点的疲劳寿命
疲劳强度讲义66

第六章损伤累积理论及常规疲劳理论应用为什么需要损伤假设(理论)?*理论上讲,用构件的疲劳实验数据作为疲劳损伤描述是最接近实际的,但是许多情况下,进行疲劳实验是困难的,甚至是不可能的。
* 疲劳是一个十分复杂的破坏现象,存在许多影响寿命的因素,通过实验也难以对每一个现象捕捉得准确。
* 构件在设计阶段,零件还没有被制造出来,当然不能进行试验。
为此,人们努力寻求疲劳问题的解析分析方法,提出的方法或假设不下十多种,每种假设在一定的侧重面上对构件的疲劳规律有所反映,但又有其局限性。
一、线性疲劳损伤累积理论1 原始曼纳法则(Original Miner Rule) 疲劳过程可以看成是一个损伤趋于临界值的累积过程,也可以看成是材料固有寿命的消耗过程。
因此,从载荷开始作用起,疲劳过程就可以想象为:每一个重复交变载荷都对构件产生影响,都对构件的损伤作出“贡献”,而且这种“贡献”不断的累积起来,最终造成构件的破坏。
如果认为每一个交变载荷对构件的损伤量只与它的大小有关,也就是说,无论是在裂纹形成还是在裂纹扩展阶段,这个损伤量都能线性叠加。
这就是著名的Palmgrer—Miner损伤累积假设。
设材料在经过N次加载后产生破坏时吸收的全部功为W,而经过n次循环后材料所吸收的功为w,w 是W的一部分,由于损伤是线性的,则在某一应力水平G时,可以得到以下平衡式:邑二仏或w’^W iW i N i N i设材料在破坏前,共经过了j次循环,每次循环的应力等级为C….G,将各次循环的局部功相加起来:w! w2= W将上式代入,得辭讣W•…十"W化为这就是曼纳法则,它假设构件发生破坏(或裂纹形成)ni“。
N i当a "时,我们可以根据a①与1的比例来推算构i N i i 亠N i件的剩余寿命,也就是v且在整个寿命中所占的份额,〜N i 即:n iN i曼纳法则,首先于1924年由Palmgren提出,后于1945 年由Miner重申和完善。
基于Miner理论的减速器疲劳试验研究
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k i =1
∑N
ni
i
= 1
( 3)
大量试验数据表明 , 实际达到破坏时的总损伤累积量 D 值 约在 0 . 61 ~ 1 . 45 之间 ; 而在变幅载荷情况下 , D 值不但与载荷 量值而且与其作用次序有关 , 加载次序不同 , 差别很大 。
图4 超值累积频次分布图 将加载样本的累积分布曲线扩展成可以代替应力幅总体的 幅值累积分布曲线 , 即将最大应力考虑在内的累积分布曲线 。 如图 4 所示 。其方法是 : 在纵轴上定出最大载荷点 ,横轴上定出 总累积频次 106 ; 频次比例系数 ( 7) K = 106 / nmax0 式中 nmax0 是指合成累积频次图中最大循环次数 。 按此系数 依次计算各载荷级相应累积频次 : ( 8) nk = Kn′ k 式中 : nk - 扩展累计频次曲线累计频次数 ; n′ k - 合成累计频次曲线累计频次数 。 据此绘制出扩展累积频次曲线 , 即工作载荷谱 。 需要注意的是 , 所取最大载荷不应超过该材料的屈服极限 , 否则应当适当降低最大载荷数值 。
d1 + d2 + … + dk =
i =1
∑d
k
i
= D
( 1) ( 2)
di ni ni = 或者 di = D D Ni Ni
式中 : D 总损伤量 ; di 损伤分量或消耗掉的疲劳寿命分量 ; ni 试 件在应力级 si 作用下的工作循环次数 ; N i 在材料 s —N 曲线上对 应应力级 si 的破坏循环次数 。 将式 ( 2) 代入式 ( 1) , 得 : 即 :
Retarder Fatigue Test Based on Miner Fatigue Damage Theory HE Zhong2jiao ( Information and Electron Engineering College ,Zhejiang G ongshang University , Hangzhou 310035 , China)
疲劳分析
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疲劳分析方法疲劳问题的研究可追溯到19世纪初,经过近二百年探索,目前已经取得了很大的发展。
工程上,对疲劳设计主要采用四种方法,即名义应力法、局部应力应变法、损伤容限设计、疲劳可靠性设计。
(1)名义应力法(Miner线性累计损伤理论)名义应力法又称常规疲劳设计法或影响系数法,用名义应力法来估算构件或结构的寿命的前提是:材料和构件、结构是理想连续体,且承受的载荷不大,断面的应力值小于材料的屈服极限,应力应变成线性关系,应力循环作用下的寿命较小。
因此,用该方法进行寿命估算的依据是应力谱、材料的抗力指标P—S—N 曲线和累积损伤理论。
(2)局部应力应变法零件的疲劳破坏都是从应变集中部位的最大局部应变处开始,并且在裂纹萌生以前,都要产生一定的塑性变形。
局部应力应变法以缺口根部的局部应力—应变历程为依据,再结合材料相应的疲劳特性曲线进行寿命估算。
该方法的合理性主要表现为考虑了金属的塑性应变和由此而引起的残余应力对疲劳性能的影响。
它所指的寿命就是缺口边上出现可见裂纹的寿命。
(3)损伤容限设计损伤容限设计是一项复杂的系统工程,它以断裂力学特别是线弹性断裂力学理论为基础,以保证结构安全为目标,以无损检测技术、断裂韧度和疲劳裂纹扩展速率的测定技术为手段,以有初始缺陷或裂纹的零件的剩余寿命估算为中心,以断裂控制为保证,目的是确保结构在给定使用寿命期内,不致因未发现的初始缺陷的扩展造成严重事故。
(4)疲劳可靠性设计疲劳可靠性设计即概率疲劳设计,它是根据构件工作应力和疲劳强度分布曲线,应用概率设计理论,在给定可靠性指标下,进行构件的可靠性设计。
疲劳可靠性设计不但需要知道构件的应力和疲劳强度的平均值,而且还要知道构件的应力和疲劳强度分布。
综上所述,名义应力法和局部应力应变法都是以材料内部没有缺陷和裂纹为前提条件的。
但是,实际构件在加工制造过程中,由于种种原因,往往已经存在着各种各样的缺陷或裂纹。
损伤容限设计考虑了结构的初始缺陷或裂纹,以断裂控制为保证,保证结构在给定使用寿命期内,不致因未发现的初始缺陷的扩展造成严重事故。
简述疲劳损伤累计假说
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简述疲劳损伤累计假说
Miner 疲劳法则是一种疲劳累计损伤定律,它认为部分疲劳损伤可以线性相加。
Miner 疲劳法则的基本介绍COUNTING ALGORITHM FOR ACCUMUNITED FATIGUE ANALYSIS在声疲劳实验中,实际疲劳寿命的估算可以用疲劳累积损伤定律,最简单的是线性 Miner 疲劳法则,它认为部分疲劳损伤可以线性相加。
例如,有两种荷载,为荷载的损伤周数,为荷载的损伤周数。
若先加周的荷载,那么损伤部分为。
设为在荷载下的剩余损伤疲劳寿命(周数),则按 Miner 定律有,和可以由实验获得的曲线上求出。
对于多个荷载,可由实验得出相应损伤周数,根据判别式,认为结构不会产生疲劳损伤,满足抗疲劳要求。
轴体机械寿命计算公式
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轴体机械寿命计算公式在工程设计和机械制造领域,轴体机械的寿命是一个重要的指标。
它直接影响着机械设备的使用寿命和性能稳定性。
因此,对于轴体机械的寿命进行准确的计算和评估是非常重要的。
本文将介绍轴体机械寿命的计算公式及其相关知识。
轴体机械的寿命可以通过疲劳寿命和磨损寿命两种方式进行计算。
疲劳寿命是指在交变应力作用下,材料内部发生疲劳裂纹并最终导致断裂的寿命。
而磨损寿命是指在摩擦和磨损作用下,材料表面逐渐磨损并失效的寿命。
在实际工程中,通常需要综合考虑疲劳寿命和磨损寿命,以确定轴体机械的总寿命。
首先我们来看看轴体机械的疲劳寿命计算公式。
疲劳寿命可以通过S-N曲线来进行评估,S-N曲线是指应力振幅S和寿命N之间的关系曲线。
根据S-N曲线,可以得到轴体机械在不同应力振幅下的寿命。
通常情况下,可以使用Basquin方程来计算轴体机械的疲劳寿命:N = (1/2)(S/E)^b。
其中,N表示疲劳寿命,S表示应力振幅,E表示材料的弹性模量,b表示Basquin指数。
通过这个公式,可以得到轴体机械在不同应力振幅下的疲劳寿命。
在实际工程中,通常需要考虑到应力集中、表面质量和工作温度等因素,对疲劳寿命进行修正。
接下来我们来看看轴体机械的磨损寿命计算公式。
磨损寿命通常可以通过Archard磨损理论来进行评估,Archard磨损理论是指材料磨损速率和应力、摩擦力之间的关系。
根据Archard磨损理论,可以得到轴体机械在不同工况下的磨损寿命。
通常情况下,可以使用Archard磨损公式来计算轴体机械的磨损量:V = (kFW)/H。
其中,V表示磨损量,k表示磨损系数,F表示摩擦力,W表示工作时间,H 表示材料的硬度。
通过这个公式,可以得到轴体机械在不同工况下的磨损寿命。
在实际工程中,通常需要考虑到润滑情况、表面处理和工作环境等因素,对磨损寿命进行修正。
最后,我们来综合考虑疲劳寿命和磨损寿命,得到轴体机械的总寿命。
一般情况下,可以使用Palmgren-Miner线性累积损伤理论来进行综合评估。
于雨流法的海盗船横梁疲劳寿命评估
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于雨流法的海盗船横梁疲劳寿命评估1、传统的海盗船横梁疲劳寿命评估方法及不足海盗船是游乐园常见的传统游乐设备,是一种绕水平轴往复摆动的游乐项目。
海盗船运动模型为单摆模型,横梁作为主体支撑结构,承受船体拉杆的方向交变变化的拉力,最容易发生结构或焊缝的疲劳损伤。
若发生结构疲劳,则出现的就是主体钢构坍塌,发生重大的人员伤亡事故。
因此,准确的疲劳寿命评估对设备的安全尤其重要。
同时,精确的寿命评估也可为设备设计的经济性提供参考依据。
对于海盗船横梁的疲劳寿命评估,传统的方法是依据《GB 50017-2017钢结构设计标准》应用应力幅值法进行校核。
实际的应力幅值应小于应力循环次数对应的应力容许幅值:则该应力幅值不会带来疲劳损伤。
常应力幅疲劳计算按以下公式进行:(1)变应力幅的疲劳计算按以下公式进行计算:(2)具体参数定义可参见《GB 50017-2017钢结构设计标准》。
海盗船横梁的承载工况属于变应力幅值的类型,要按照变应力幅疲劳公式进行计算。
仔细分析公式(2)可知,变应力幅值的疲劳计算使用了疲劳幅值统计和疲劳幅值等效转换两种方法进行处理。
首先是分析疲劳幅值波形图,统计不同疲劳幅值的频次,接着根据变幅疲劳预期寿命,将变幅疲劳幅值折算为循环次数为2×106次的等效正应力幅,再将该应力幅值与循环次数为2×106的容许正应力幅值进行对比,判定疲劳损伤是否达到破坏;钢结构设计标准规定的计算公式存在两点不足:其一,未明确应力疲劳幅值的统计方法;其二,将不同应力幅值的疲劳损伤进行等效转。
因为低应力幅比高应力幅的疲劳损伤效果不一样,故将不同应力幅值进行等效折算不够精确。
另外,疲劳幅值的频次统计方法未明确,则不同的统计方式的统计结果有所差异,自然影响了寿命评估的精度。
基于传统评估方式的不足,横梁寿命估计,会按以下两种方式进行处理:方法一:不考虑变幅应力,统计时只考虑应力幅值的中位数,即忽略频次比较少的高应力幅值和低应力幅值,取频次较多,应力幅值较高的进行校核。
疲劳寿命预测方法大全,可靠寿命也在其中
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疲劳寿命预测方法大全,可靠寿命也在其中疲劳寿命预测方法很多。
按疲劳裂纹形成寿命预测的基本假定和控制参数,可分为名义应力法、局部应力一应变法、能量法、场强法等。
1 名义应力法名义应力法是以结构的名义应力为试验和寿命估算的基础,采用雨流法取出一个个相互独立、互不相关的应力循环,结合材料的S -N 曲线,按线性累积损伤理论估算结构疲劳寿命的一种方法。
基本假定:对任一构件(或结构细节或元件),只要应力集中系数KT相同,载荷谱相同,它们的寿命则相同。
此法中名义应力为控制参数。
该方法考虑到了载荷顺序和残余应力的影响,简单易行。
但该种方法有两个主要的不足之处:一是因其在弹性范围内研究疲劳问题,没有考虑缺口根部的局部塑性变形的影响,在计算有应力集中存在的结构疲劳寿命时,计算误差较大;二是标准试样和结构之间的等效关系的确定十分困难,这是由于这种关系与结构的几何形状、加载方式和结构的大小、材料等因素有关。
正是因为上述缺陷,使名义应力法预测疲劳裂纹的形成能力较低,且该种方法需求得在不同的应力比R和不同的应力集中因子KT下的S-N曲线,而获得这些材料数据需要大量的经费。
因而名义应力法只适用于计算应力水平较低的高周疲劳和无缺口结构的疲劳寿命。
近年来,名义应力法也在不断的发展中,相继出现了应力严重系数法(S. ST)、有效应力法、额定系数法(DRF)等。
2 局部应力一应变法局部应力一应变法的基本思想是根据结构的名义应力历程,借助于局部应力-应变法分析缺口处的局部应力。
再根据缺口处的局部应力,结合构件的S-N曲线、材料的循环。
一曲线、E -N曲线及线性累积损伤理论,估算结构的疲劳寿命。
基本假定:若一个构件的危险部位(点)的应力一应变历程与一个光滑小试件的应力一应变历程相同,则寿命相同。
此法中局部应力一应变是控制参数。
局部应力一应变法主要用于解决高应变的低周疲劳和带缺口结构的疲劳寿命问题。
该方法的特点是可以通过一定的分析、计算将结构上的名义应力转化为缺口处的局部应力和应变。
自升式钻井船桩腿疲劳分析
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用谱分析法对杆件进行疲劳分析 ,用 波能谱密度函数描述海况,求 出应力范围传递 函数及热点应力响应谱,并
用概率统计的方法求 出应力范围的分布及其循环次数;最后用迈纳疲劳累积损伤理论估算了节点的疲劳寿命 。
关 键 词 : 自升式钻井船;桩腿疲劳;谱分析法;疲劳累积损伤
0 引 言
各种 类 型 的海 洋 工程 结构 在海上 作业 时都 要受 到波 浪 的作用 , 断变 化 的波浪 载荷 使得 结构 内部 不 产 生 了不断变 化 的应力 。若 一座海 洋平 台 的服 务期为 2 到 2 O年 5年 ,那么 结构 内 因波 浪 作用 引起 的交 变 应力 的循环 次数 可达 约 l 0 之多 ,这无 疑将 造成 结构 的疲 劳 损伤 。在 以往 的许 多海洋 工程 结构 中 , 整 个结 构的破 坏往 往就 是在 交变 载荷 作用下 节 点首先 出现 疲 劳破 坏而 引起 的 。因此 ,对 结构进 行 疲劳 校 核显得 尤 为重要 。 本文 将对 一艘 2 Ot自升式 钻井 船 的桩 腿 结构进 行疲 劳 分析 ,检 验其 弦杆 与撑杆 是 否拥有 超过 所 0f
( )确定单 向波 对所 选 节点 的疲劳 累积 损伤 ,进 而得 到节 点 的疲 劳寿命 。 3 11船型 参数 及理 想化 模型 . 如图 l 所示 ,此钻 井船 是 由一个 三角 形船 体和 三根 能够 升 降 的桁 架 式桩腿 所组 成 的海 上平 台 ,这 些可升 降 的桩腿 能将 船体 上 升到海面 以上一 定高度 ,支撑 整个 平 台在海 上 工作 。 主 尺度 如下 :
。 k
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疲劳寿命预测方法
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疲劳寿命预测方法10船王茹娇************疲劳裂纹形成寿命的概念发生疲劳破坏时的载荷循环次数,或从开始受载到发生断裂所经过的时间称为该材料或构件的疲劳寿命。
疲劳寿命的种类很多。
从疲劳损伤的发展看,疲劳寿命可分为裂纹形成和裂纹扩展两个阶段:结构或材料从受载开始到裂纹达到某一给定的裂纹长度a0为止的循环次数称为裂纹形成寿命。
此后扩展到临界裂纹长度acr为止的循环次数称为裂纹扩展寿命,从疲劳寿命预测的角度看,这一给定的裂纹长度与预测所采用的寿命性能曲线有关。
此外还有三阶段和多阶段,疲劳寿命模型等。
疲劳损伤累积理论疲劳破坏是一个累积损伤的过程。
对于等幅交变应力,可用材料的S—N曲线来表示在不同应力水平下达到破坏所需要的循环次数。
于是,对于给定的应力水平,就可以利用材或零部件的S—N曲线,确定该零件至破坏时的循环数N,亦即可以估算出零件的寿命,但是,在仅受一个应力循环加载的情况下,才可以直接利用S—N曲线估算零件的寿命。
如果在多个不同应力水平下循环加载就不能直接利用S—N曲线来估计寿命了。
对于实际零部件,所承受的是一系列循环载荷,因此还必须借助疲劳累积损伤理论。
损伤的概念是,在疲劳载荷谱作用下材料的改变(包括疲劳裂纹大小的变化,循环应变硬化或软化以及残余应力的变化等)或材料的损坏程度。
疲劳累积损伤理论的基本假设是:在任何循环应力幅下工作都将产生疲劳损伤,疲劳损伤的严重程度和该应力幅下工作的循环数有关,与无循环损伤的试样在该应力幅下产生失效的总循环数有关。
而且每个应力幅下产生的损伤是永存的,并且在不同应力幅下循环工作所产生的累积总损伤等于每一应力水平下损伤之和。
当累积总损伤达到临界值就会产生疲劳失效。
目前提出多种疲劳累积损伤理论,应用比较广泛的主要有以下3种:线性损伤累积理论,修正的线性损伤累积理论和经验损伤累积理论。
线性损伤累积理论在循环载荷作用下,疲劳损伤是可以线性地累加的,各个应力之间相互独立和互不相干,当累加的损伤达到某一数值时,试件或构件就发生疲劳破坏,线性损伤累积理论中典型的是Miner理论。
用迈纳的疲劳累积损伤规则来估算节点的疲劳寿命
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第七章 节点强度与疲劳分析
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本章主要内容
7.1 7.2 7.3 7.4 平台的节点型式 管状节点的应力状态和破坏形式 管状节点的冲剪应力校核 管状节点的疲劳校核
海洋平台结构与强度,2014秋季,苑博文
第七章 节点强度与疲劳分析
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7.1 平台的节点型式
平台的节点按其结构型式分为管状节点和箱 型节点两大类。 一、管状节点 这种节点直接由管子焊接而成。这类节点主 要用于钢质固定式平台的导管架结构和自升式平 台的桁架式桩腿结构等。图7-2(a)为管状节点的 示意图。其中直径较小的称为撑管,直径较大的 称弦管,撑管被截断后直接焊接到整体的(不开孔 的)弦管上。撑管与弦管有不同的连接形式,并且 一根弦管上不止连接一根撑管。因而形成图示的 T型、Y型、K型和TK型的管状节点。
海洋平台结构与强度,2014秋季,苑博文
第七章 节点强度与疲劳分析
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CCS海上移动平台入级与建造规范(2005)规定
3.5.2 弦杆、撑杆和管结点 3.5.2.1 撑杆的壁厚应不超过弦杆,且通常应 使弦杆受到较大的内力。弦杆在结点处应有足 够加强。 3.5.2.2 焊缝接头应尽量布置在应力集中区域 之外,且应符合本篇 1.5.5 的焊接要求。 3.5.2.3 管结点的要求可参照本社《海上固定 平台入级与建造规范》。
海洋平台结构与强度,2014秋季,苑博文
第七章 节点强度与疲劳分析
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CCS 浅海固定平台规范
5.7.3 简单管结点及其分类 5.7.3.1 简单管结点是指主要的撑杆间不搭接、不用 结点板、隔板或加筋板的结点。 5.7.3.2 根据撑杆受力情况,管结点的类型可分为 K、 T、Y 和交叉型。K 型结点就是一撑杆中的冲剪载荷 实质上为位于结点同一边的同一平面内的其他撑杆所 平衡。对于 T 和 Y型结点,撑杆中的冲剪载荷被弦杆 中的剪力平衡。交叉型结点中,一侧撑杆的冲剪力是 通过弦杆传给另一侧撑杆的。对于部分像K结点,部分 像 T 和 Y或交叉结点那样承受载荷的撑杆,应根据各自 所承担的总载荷的份额确定其结点形式。
brown miller疲劳寿命准则
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brown miller疲劳寿命准则
Brown Miller疲劳寿命准则是一种用于预测材料在疲劳加载下失效的方法。
这个准则基于疲劳损伤的累积理论,即材料在每个循环加载过程中都会产生一定的疲劳损伤,当疲劳损伤累积到一定程度时,材料就会发生疲劳失效。
Brown Miller疲劳寿命准则的核心思想是,材料的疲劳寿命可以通过以下公式计算:N = (σ_maxΔσ_min) / (Δσ_eq√(πa))。
其中,N为疲劳寿命,σ_max为最大应力,Δσ_min为最小应力变化幅度,Δσ_eq为等效应力变化幅度,√(πa)为与材料特性有关的常数。
这个准则主要用于预测在循环加载条件下材料的疲劳寿命。
工程师们需要依靠疲劳寿命准则进行计算和分析,以预测材料的性能下降和结构的破坏。
miner累积疲劳准则
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miner累积疲劳准则摘要:1.引言2.miner累积疲劳准则的定义3.miner累积疲劳准则的应用领域4.miner累积疲劳准则的计算方法5.miner累积疲劳准则的意义6.总结正文:1.引言在工业生产和劳动过程中,人们需要长时间地进行某种特定的操作,这可能导致身体和心理上的疲劳。
为了确保工人的安全和健康,有必要研究和制定累积疲劳准则。
本文将详细介绍miner累积疲劳准则的相关内容。
2.miner累积疲劳准则的定义miner累积疲劳准则是一种用于衡量个体在一定时间内承受工作负荷的指标,它可以帮助我们了解在什么程度上,工人的生理和心理状况会受到累积疲劳的影响。
这一准则基于个体的工作表现、生理指标和心理反应等多个方面的数据,以预测和预防过度疲劳现象。
3.miner累积疲劳准则的应用领域miner累积疲劳准则广泛应用于职业安全与健康领域,包括工业生产、交通运输、航空航天等行业。
在这些领域,工作者往往需要长时间保持某种姿势或进行重复性操作,容易产生累积疲劳。
通过应用miner累积疲劳准则,可以有效地评估和控制工作者的疲劳程度,保障他们的安全和健康。
4.miner累积疲劳准则的计算方法miner累积疲劳准则的计算方法包括生理指标、心理指标和工作表现指标三个部分。
生理指标主要关注心率、血压等生理反应;心理指标主要关注认知功能、情绪状态等心理反应;工作表现指标主要关注工作效率、工作质量等。
通过收集和分析这些指标,可以得出miner累积疲劳值。
5.miner累积疲劳准则的意义miner累积疲劳准则对于评估和预防工人的累积疲劳具有重要的意义。
首先,它可以为工作者提供个性化的疲劳预警,帮助他们及时调整工作状态,避免过度疲劳。
其次,它可以为企业提供科学依据,制定合理的工作计划和休息安排,降低劳动事故和职业病的发生率。
最后,它还可以为政策制定者提供参考数据,促进职业安全与健康政策的完善和发展。
6.总结miner累积疲劳准则是评估和预防个体累积疲劳的重要工具,它可以帮助我们了解工人在特定工作环境下的疲劳程度,从而采取有效措施保障他们的安全和健康。
唯象理论分析损伤累积与疲劳寿命预测
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浙江大学硕士学位论文唯象理论分析损伤累积与疲劳寿命预测姓名:乔彦村申请学位级别:硕士专业:固体力学指导教师:郭乙木20000101摘要本文针对损伤累积和寿命评估,主要进行两个方面的研究工作:一.从连续介质力学和不可逆热力学的基本原理出发,建立相应的损伤理论,进而得到材料的损伤本构方程,包括力学量本构关系和内变量本构关系;并将其应用于疲劳,结合经验疲劳理论,最后获得基于损伤理论的疲劳损伤累积规律’。
晓后用电阻测\量法对这一规律进行验证,结果表明这一规律能够比较直观而有效地描述疲劳损伤累积,且用电阻法也能够较好地对材料的疲劳_、损伤进行寿命预测卜‘。
/二.从能量的角度进一步考察和解释了疲劳损伤,得到损伤应变能密度的变化规律,并且通过应变能实验验证这一规律,同时也说明可以用应变能密度的变化来对疲劳损伤进行描述和寿命评估。
关键词:热力学,损伤力学,疲劳损伤,电阻测试,能量法AbstractContraposingdamagecumulationandlifeevalution,thispapermakesstudyoftwoaspects:1.FromtheelementsofthecontinuummechanicsandthermodynamiCofirreversibleprocesses,thecorrespondingdamagetheoryiSbuiItupandtheconstitutiveequationofdamagedmaterialsisdeduced,includeseonstitutiverelationsofmechanicsvariablesandinnerstatevariables.Applyingtheaboveprincipleandcombiningthetheoryofexperiencedfatigue,thecumulationruleoffatiguedamageiSobtained.ThereafterthiSruleiSvalidatedbyresistancemeasurementandtheconclusionthatremainedlifeofthefatigue—damagedmaterialscanbeforecastedbytheresistancemethodiSobtained.2.ThefatiguedamageisfurtherexplainedfromtheaspectofenergyandtheevolutionruleofdamagedstrainenergydensityiSobtainedandvalidatedbythestrainenergyexperiment.Atthesametime,theconclusionthatthefatiguedamagecanbedescribedandlife—evaluationcanbepraetisedbythechangeofstrainenergydensity.Keywords:thermodynamics.dam矩emechanics,fatiguedamage-resistancemeasurementJenergymethod4第一章绪论§1.1引言对物质作力学分析的目的之一就是要保证材料或结构的强度,使之在一定使用环境下不致破坏。
Miner疲劳理论

Miner疲劳理论
Miner -Palmgren 理论
1)构造⼀个疲劳累积损伤理论, 不论它有效与否, 必须定量地回答三个问题:
a .⼀个载荷循环对材料或结构造成多⼤损伤;
b.多个载荷循环时损伤是如何累加的;
c .失效时临界损伤有多⼤。
对这三个问题的不同回答, 构成了不同的确定性疲劳累积损伤理论。
2) Miner 理论对三个问题的回答
a .⼀个循环造成的
损伤为
式中N 是对应于当前载荷⽔平的疲劳寿命。
损伤为
b.等幅载荷下n 个循环造成的
个循环造成的损伤为
c .临界疲劳损伤DCR 。
若是常幅循环载荷, 显
得到
然当循环载荷次数n 等于其疲劳寿命N 时, 发⽣疲劳破坏, 即n =N , 由式(3)
Miner 理论简评。
Miner 理论可以认为是线性损伤、线性累积循环⽐理论, 其成功之处在于⼤量的实验结果(特别是随机谱试验)显⽰临界疲劳损伤DCR的均值确实接近于1 , 在⼯程上因简便⽽得到⼴泛的应⽤, 其他确定性的⽅法则需要进⾏⼤量试验来拟合众多参数, 精度并不⽐Miner 理论更好。
Miner 理论的主要不⾜是:a.损伤与载荷状态⽆关;b .累积损伤与载荷次序⽆关;c .不能考虑载荷间的相互作⽤。
疲劳与寿命评估技术

9.3疲劳与寿命评估技术1.疲劳基础疲劳研究拥有120多年的漫长历史,在此段时间内取得了显着进展。
然而,直至今天似乎没有终止由于疲劳的事故发生。
这意味着,由于一些因素干预对疲劳性能的影响是巨大的,在长时期将需要充分体现。
此外,新问题出现在新材料的使用和环境变化。
鉴于此,疲劳研究可以理所当然地被称为基础研究。
疲劳的基本机制是细裂缝不断展开和生长由于重复的负载而导致破裂。
宏观结构发生变化,譬如疲劳的基本机制是微裂纹不断展开了,在任何情况,较大的疲劳塑性变形都是的周期,但是没有宏观的结构变化发生在高周期疲劳中,其中只有轻微的塑性变形发生。
此外,高对缺陷是疲劳的另一种特性。
即使微小的缺陷,在静态拉伸测试中,也是影响疲劳的一个因素。
有许多因素影响金属材料的疲劳性能,如冶金因素,外形尺寸因素,使用环境条件,等等。
在这里,我将重点的解释冶金因素的影响。
也就是说,我们将证明金属材料在室温的氛围的一些标准疲劳性能。
2.疲劳强度的评估大致对影响疲劳性能的冶金因素分类,这些可以被划分成结构和静态力量。
当然,这两者是相互关联的,当评估疲劳强度时主要针对金属静态强度。
例如,钢铁材料的疲劳极限σw与抗拉强度σb和维氏硬度HV有关系。
在这里,疲劳极限是指到了极限应力在疲劳断裂而不会发生重复,即使它是一个无限循环,在循环疲劳试验中确定了次数高达10000000。
此外,不仅是疲劳极限,但也是有限的使用寿命展现了维氏硬度和抗拉强度的关系方程,可以通过坐标图表现,是有可能的总结多种材料的S—N曲线不同的静态优势。
可以采用这种标准化的S—N曲线估计有限使用寿命或疲劳寿命。
其中,面积(微米)是轴向平方根缺陷的投影面积的。
在缺陷存在情况下,材料分子系数由1.43成为1.56 。
上述内容表现出材料的疲劳极限。
另一方面,许多金属材料不表现出的疲劳极限。
例如, 在高强度钢疲劳强度消失的情况下,即表现出了钢铁材料的疲劳极限。
图9.3.1显示材料的拉伸强度和疲劳强度之间的关系,但是式(1)高估疲劳极限的情况出现在抗拉强度在1,200 兆帕以上的钢。
疲劳寿命计算
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疲劳分析的数值计算方法及实例第一节引 言零件或构件由于交变载荷的反复作用,在它所承受的交变应力尚未达到静强度设计的许用应力情况下就会在零件或构件的局部位置产生疲劳裂纹并扩展、最后突然断裂。
这种现象称为疲劳破坏。
疲劳裂纹的形成和扩展具有很大的隐蔽性而在疲劳断裂时又具有瞬发性,因此疲劳破坏往往会造成极大的经济损失和灾难性后果。
金属的疲劳破坏形式和机理不同与静载破坏,所以零件疲劳强度的设计计算不能为经典的静强度设计计算所替代,属于动强度设计。
随着机车车辆向高速、大功率和轻量化方向的迅速发展,其疲劳强度及其可靠性的要求也越来越高。
近几年随着我国铁路的不断提速,机车、车辆和道轨等铁路设施的疲劳断裂事故不断发生,越来越引起人们的重视。
疲劳强度设计及其研究正在成为我国高速机车车辆设计制造中的一项不可缺少的和重要的工作。
金属疲劳的研究已有近150年的历史,有相当多的学者和工程技术人员进行了大量的研究,得到了许多关于金属疲劳损伤和断裂的理论及有关经验技术。
但是由于疲劳破坏的影响因素多而复杂并且这些因素互相影响又与构件的实际情况密切相关,使得其应用性成果尚远远不能满足工程设计和生产应用的需要。
据统计,至今有约90%的机械零部件的断裂破坏仍然是由直接于疲劳或者间接疲劳而引起的。
因此,在21世纪的今天,尤其是在高速和大功率化的新产品的开发制造中,其疲劳强度或疲劳寿命的设计十分重要,并且往往需要同时进行相应的试验研究和试验验证。
疲劳断裂是因为在零件或构件表层上的高应力或强度比较低弱的部位区域产生疲劳裂纹,并进一步扩展而造成的。
这些危险部位小到几个毫米甚至几十个微米的范围,零件或构件的几何缺口根部、表面缺陷、切削刀痕、碰磕伤痕及材料的内部缺陷等往往是这种危险部位。
因此,提高构件疲劳强度的基本途径主要有两种。
一种是机械设计的方法,主要有优化或改善缺口形状,改进加工工艺工程和质量等手段将危险点的峰值应力降下来;另一种是材料冶金的方法,即用热处理手段将危险点局部区域的疲劳强度提高,或者是提高冶金质量来减少金属基体中的非金属夹杂等材料缺陷等局部薄弱区域。
风力发电机组高速轴联轴器的疲劳寿命评估方法
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风力发电机组高速轴联轴器的疲劳寿命评估方法发布时间:2021-03-16T12:38:27.247Z 来源:《中国电业》2020年30期作者:刘登[导读] 本文基于风力发电机组传动链的疲劳载荷谱,应用雨流计数法建立了风力发电机组高速轴联轴器的二维疲劳载荷谱刘登明阳智慧能源集团股份公司广东中山摘要:本文基于风力发电机组传动链的疲劳载荷谱,应用雨流计数法建立了风力发电机组高速轴联轴器的二维疲劳载荷谱,并采用经典Miner线性疲劳累计损伤理论,提出了一种适用于风力发电机组高速轴联轴器的疲劳寿命评估方法,对于风力发电机组其他机械零部件疲劳寿命评估方法的研究亦具有工程指导价值。
关键词:风力发电机组高速轴联轴器疲劳载荷谱雨流计数法累计损伤疲劳寿命评估前言目前我国风力发电机组的技术路线主要有三种,双馈风力发电机组,直驱风力发电机组及半直驱风力发电机组。
而高速轴联轴器作为双馈风力发电机组和半直驱风力发电机组传动链的主要零部件,其疲劳寿命评估方法的研究一直在业界内处于空白状态。
众所周知,在机械零部件的失效形式中,疲劳失效是一种主要的失效形式。
据不完全统计,机械零部件的疲劳失效占比高达70%以上[1]。
然而,不幸的是,风能技术作为我国的新兴发展技术,其疲劳寿命的研究正处于起步阶段,尚不成熟。
本文借助其他行业中机械零部件的疲劳寿命研究方法,结合风力发电机组高速轴联轴器的结构特点,综合应用雨流计数法和Miner线性疲劳累计损伤理论,提出了一种评估风力发电机组高速轴联轴器疲劳寿命的方法。
雨流计数法原理机械零部件在随机疲劳载荷作用下,均值和幅值也是随机变化的,而其又是影响机械零部件载荷-时间历程的统计处理方法很多,例如里程计数、峰值计数和雨流计数[2]等。
其中,由于雨流计数法在计数原理上与实际工作载荷对零部件的循环应力-应变极为相近,同时考虑了静强度(均值)和动强度(幅值)两个随机疲劳载荷的只要变量,与疲劳载荷的固有特性吻合度较高,且其计数法便于计算机实现,因而在疲劳载荷处理过程中被众多学者广泛应用。
疲劳损伤计算公式
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疲劳损伤计算公式
疲劳损伤计算公式是用于计算材料或结构在长期荷载下遭受疲劳损伤的常用方法。
疲劳损伤计算公式通常基于材料的疲劳特性、加载方式、时间和温度等因素,可用于预测结构或材料的疲劳寿命、评估结构或材料的疲劳风险。
常见的疲劳损伤计算公式包括指数疲劳损伤公式、高斯疲劳损伤公式、马氏体疲劳损伤公式等。
指数疲劳损伤公式是目前最常用的公式之一,它适用于非线性疲劳特性的材料或结构,其表达式为: ΔD = ΔD0 * e^(-α*t)
其中,ΔD 为疲劳损伤,ΔD0 为初始疲劳损伤,α为疲劳寿命指数,t 为时间。
高斯疲劳损伤公式适用于线性疲劳特性的材料或结构,其表达式为:
ΔD = ΔD0 * (1 - e^(-α*t))
其中,ΔD 为疲劳损伤,ΔD0 为初始疲劳损伤,α为疲劳寿命指数,t 为时间。
马氏体疲劳损伤公式适用于高温疲劳特性的材料或结构,其表达式为:
ΔD = ΔD0 * (1 - e^(-α*t)^(1/高温寿命指数))
其中,ΔD 为疲劳损伤,ΔD0 为初始疲劳损伤,α为疲劳寿命指数,高温寿命指数取决于材料的高温性能。
疲劳损伤计算公式的应用广泛,包括建筑、桥梁、汽车、飞机等
领域。
然而,在实际工程中,需要根据具体的情况选择合适的疲劳损伤计算公式,同时需要对结构或材料进行详细的疲劳分析,以评估其疲劳风险。
疲劳载荷及分析理论 谱 寿命 设计 累积损伤

第3章疲劳载荷及分析理论 (1)3.1 疲劳载荷谱 (1)3.1.1 疲劳载荷谱及其编谱 (1)3.1.2 统计分析方法 (2)3.2 疲劳累积损伤理论 (3)3.2.1 概述 (3)3.2.2 线性累积损伤理论 (4)3.3起重机疲劳计算常用方法 (5)3.3.1 应力比法 (6)3.3.2 应力幅法 (6)3.4 疲劳寿命设计方法 (7)3.4.1无限寿命设计 (7)3.4.2 安全寿命设计 (8)3.4.3 损伤容限设计 (8)3.4.4 概率疲劳设计 (9)3.4 小结 (10)第3章疲劳载荷及分析理论疲劳载荷谱(fatigue load spectrum)是建立疲劳设计方法的基础。
根据研究对象的不同,施加在对象上的疲劳载荷也是不同的,所以在应用时要依据某种统计分析方法和理论进行分析。
3.1 疲劳载荷谱3.1.1 疲劳载荷谱及其编谱载荷分为静载荷和动载荷两大类。
动载荷又分为周期载荷、非周期载荷和冲击载荷。
周期载荷和非周期载荷可统称为疲劳载荷。
在很多情况下,作用在结构或机械上的载荷是随时间变化的,这种加载过程称为载荷—时间历程。
由于随机载荷的不确定性,这种谱无法直接使用,必须对其进行统计处理。
处理后的载荷—时间—历程称为载荷谱。
载荷谱是具有统计特性的图形,它能本质地反映零件的载荷变化情况[]。
为了估算结构的使用寿命和进行疲劳可靠性分析,以及为最后设计阶段所必需的全尺寸结构和零部件疲劳试验,都必须有反映真实工作状态的疲劳载荷谱。
实测的应力—时间历程包含了外加载荷和结构的动态响应的影响,它不仅受结构系统的影响,而且也受应力—时间历程的观测部位的影响。
将实测的载荷—时间历程处理成具有代表性的典型载荷谱的过程称为编谱。
编谱的重要一环,是用统计理论来处理所获得的实测子样[]。
3.1.2 统计分析方法对于随机载荷,统计分析方法主要有两类:计数法和功率谱法[]。
由于产生疲劳损伤的主要原因是循环次数和应力幅值,因此在编谱时首先必须遵循某一等效损伤原则,将随机的应力—时间历程简化为一系列不同幅值的全循环和半循环,这一简化的过程叫做计数法。
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在一般术语中,一个构件或结构的延性 可用下列比值来定义,即破坏时的变形/屈 服时的变形。 “变形”可通过挠度、扭转或曲率计量。 在结构中,延性对于地震问题特别重要, 因为,在非弹性范围内与延性相伴随的是 强度增长。
海洋平台结构与强度,2014秋季,苑博文
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第七章 节点强度与疲劳分析
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第七章 节点强度与疲劳分析
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第七章 节点强度与疲劳分析
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平台的节点,由于不可避免地存在着结构的 不连续性和焊接、加工的缺陷,因此有很高的应 力集中,此外焊接残余应力又会造成金属的局部 塑性变形,这样在交变载荷、低温、海水腐烛等 作用下接头高应力区的危险点将会首先发生疲劳 裂纹,并逐渐扩大而使节点破坏,甚至完全裂开 (见图7-1)。 在不少平台以及其它海洋工程结构中,整个 结构的破坏往往就是在交变载荷作用下节点首先 出现疲劳破坏而引起的。因此如何合理设计节点 结构,提高其疲劳寿命已经成为海洋平台设计的 一个重要课题。
第七章 节点强度与疲劳分析
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上节内容回顾 重力式平台地基破坏形式
重力平台地基可能发生破坏的形式一般有三种,即 承载力破坏、水平滑移和倾覆。 平台承载力破坏的模式主要有三种: (1)局部剪切破坏。破坏直接发生于基底,滑动体一般 为开始于基底边缘的楔形块体; (2)整体剪切破坏。破坏时具有一个完整的、确定的破 坏面,常发生在基础埋置较浅的密实砂土层中; (3)冲剪破坏。一般发生于基础埋置较浅的松散土中, 尤其在平台下沉至海底的瞬间。
上节内容回顾 地震力的输入机理
平台所受的地震力与其他动力载荷的输 入机理不同,它是由于地面运动而将地震力 传给桩 ,再从桩传到导管架。 地震力的强度依赖于结构与基础的刚度, 由于结构与基础单元的非弹性屈服或屈曲, 因此当结构刚度较小时,地震力通常可以减 小,这与其他环境载荷不同。
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第七章 节点强度与疲劳分析
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上节内容回顾 重力式平台的动力分析
波浪载荷和地震载荷具有动力特征, 且起控制作用,因此必须对混凝土重力平 台进行动力分析。
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第七章 节点强度与疲劳分析
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上节内容回顾 重力式平台动力分析的方法
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第七章 节点强度与疲劳分析
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上节内容回顾 施工载荷
施工阶段的载荷主要有:吊装力、装船力、 运输力、下水力、扶直力和土壤的安装反 力
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第七章 节点强度与疲劳分析
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上节内容回顾 重力式平台的设计要求
重力式平台的设计必须满足安全与功能两个方面的要 求: (1)安全要求:使平台在建造、运概、安装、作业等各 个阶段都具有一个可以接受的安全水平; (2)功能要求:使平台结构满足各种特定的功能和正常 的使用要求,混凝土重力式平台一般都有一台多用的特点, 既可用于钻井、采油、生产,又可用于贮油和系泊等。海 上混凝土重力式平台结构除了安全性与功能要求与陆上结 构不同外,在环境载荷和结构尺寸方面也有很大的区别。 对于重力式平台而言,强度、材料质量与耐用性是结构设 计的主要要求,本节就强度分析作简要介绍。
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上节内容回顾
重力式平台拖船、安装受力分析
1.施航稳性 与船舶一样,当重力平台漂浮在水面时,受到环境力 的作用,也具有初稳性与大倾角稳性的问题,但由于其长, 宽方向尺度基本相等,因此无纵倾与横倾之别。在拖航过 程中,应用模型试验确定拖轮的数量和布置,以及拖缆的 作用力。 2.安装 平台的安装对平台的寿命有很大的影响,平台拖运至 海上安装点后,一般可用加入海水压载的方式使平台下沉, 下沉速度要精确控制。当巨大的沉箱顶面沉没时,由于平 台水线面积变小,稳心高度损失很大,此时平台很容易倾 覆。在安装过程中,必须对结构进行监测。
(1)把平台作为单自由度系统,按等效静力法 计算,将载荷动力放大。 (2)把平台作为多自由度系统将载荷作为瞬变 载荷,按瞬时反应进行分析。 (3)谱动力疲劳分析法,可同时考虑结构的瞬 时反应与循环载荷作用下结构的疲劳特点。 其中第1中方法误差较大,方法2不能反应疲 劳特性,方法3还未完全实用。
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第七章 节点强度与疲劳分析
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上节内容回顾 烈度
• 规范中给出了设计烈度为7、8、9度的地震载荷 计算,对于设计烈度高于9度的地震载荷则要进行 专门的研究。 • “烈度”是地震结果的定性计量,指的是在规定 地点处震动程度,7度时,地面加速度峰值约为 100Gal(cm/s*2);8度时,地面运动加速度峰值约 为200Gal左右;9度时则约为400Gal。 • 设计烈度一般采用所在海域的基本烈度。对次生 灾害严重的平台和特别重要的平台,可将基本烈 度提高1度作为设计烈度。
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第七章 节点强度与疲劳分析
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图7-1 平台管节点
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第七章 节点强度与疲劳分析
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(1)管节点应力分析; (2)管节点承载能力研究; (3)管节点疲劳试验研究; (4)焊接管节点海水腐蚀试验研究; (5)管节点制造工艺研究; (6)管节点疲劳设计方法研究。 (7)管节点疲劳寿命的断裂力学分析方法研究; (8)进口材料管节点试验研究; (9)管节点用钢的研究; (10)平台规范中有关管节点条文的修订。
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第七章 节点强度与疲劳分析
3
上节内容回顾 平台的吸能能力
为了提高平台的吸能能力,可采取下列措施 (1)加强主要构件连接处的强度; (2)在结构与基础中,应当有一定的强度余量, 使在地震中主要构件损坏后,还能进行载荷重分 布; (3)在总体设计图及详图中,应避免引入会使刚 度和强度产生急剧变化的构件; (4)避免选用在强震载荷下的脆性材料; (5)要考虑到由地震运动引起的相反方向的载荷 影响。