疲劳载荷谱1
起重机传动零件疲劳计算基准载荷及载荷谱系数(0709)
起重机传动零件疲劳计算基准载荷及载荷谱系数*朱大林 郑小玲 方子帆摘要 本文讨论起重机传动零件疲劳计算方法问题。
讨论了区分机构和零件的载荷谱系数的必要性，指出应以零件的载荷谱作为零件疲劳计算的依据。
从实用的角度，提出以弹性振动最大载荷作为疲劳计算基准载荷并给出了相应的载荷谱系数定义。
本文还对零件的应力循环次数计算问题进行了分析。
关键词 起重机 机构 零件 疲劳计算 基准载荷 载荷谱系数１ 引言起重机传动机构零部件的疲劳寿命计算是起重机设计的重要内容，起重机设计规范(GB3811-83)[1]（以下简称规范）对此给出了一些原则规定。
起重机传动件的疲劳计算方法原则上与一般机械零件相同，但由于起重机的工作特点，决定了其零件的疲劳计算具有以下两个特点：1) 零件承受的载荷是变幅交变载荷，并具有随机变化的特性，从而使起重机零件的疲劳计算必须引入应力谱或载荷谱的概念，采用变幅疲劳的计算方法。
零件疲劳计算的依据是零件的载荷谱，而规范给出的是机构的载荷谱，对零件的载荷谱问题并未叙及。
2) 零件的应力循环次数通常小于材料的基本循环次数N 0，属于有限寿命疲劳计算。
这就要求正确计算零件的应力循环次数，对此，规范的规定也不尽完善。
本文将就以上问题进行讨论，并提出笔者的建议。
２ 起重机传动零件疲劳计算与载荷谱规范采用名义应力法和疲劳损伤的线性累积理论，规定了起重机传动零件的疲劳计算方法，推荐的计算公式为：eq rk n σσ≤/Ⅰ (1)式中，σeq —考虑变幅应力和有限寿命的零件等效应力;σrk —考虑循环特性和应力集中后的零件无限寿命疲劳强度限；n Ⅰ—疲劳计算安全系数。
规范规定，零件的等效应力σeq 根据零件承受的等效载荷计算，对传动零件，等效载荷计算公式为：T eq ＝k n k m T Ⅰmax (2)式中，T Ⅰmax —机构启动时零件的静力矩与刚体惯性力矩之和；k m —载荷系数，m m m k K =,K m 为载荷谱系数；k n —有限寿命系数，n m k N N =/0，(N<N 0)；N 0—材料的基本应力循环次数；N —机构零件的工作应力循环次数；当k n k m 〉1时，取k n k m ＝1 。
第十一章 疲劳载荷谱
另一类是与各构件遭受的局部载荷相关，与全机重心过载没有确定的关系，如： 机身气密舱的增压载荷； 可动机构的重复操作载荷； 气流引起的局部结构振动； 尾翼的抖振； 发动机噪声场激励的局部结构的噪声疲劳载荷； 反复气动加热引起的座舱罩的热疲劳载荷等等。
1 机动载荷系数谱
在多次操纵飞机做各种机动飞行时，飞机遭受的重复载荷称为机 动重复载荷。 对经常作 飞行的飞机，如歼击机、强击机、战斗轰炸机等，机动 重复载荷是主要的疲劳损伤载荷。 对于运输型飞机，由于机动飞行简单，过载较小，常常不是疲劳 损伤的主要载荷。
某战斗机的机动载荷系数谱各任务段每1000飞行小时累积出现次数
C运输类（货运机）机动载荷系数谱各任务段每1000飞行小时累积出现频数
2 突风重复载荷谱
突风载荷谱是对民航机及运输机疲劳损伤的主要重复载荷，对歼击机 类型的飞机，它造成的疲劳损伤则相对很小。 突风重复载荷谱根据设计使用寿命和设计使用方法确定，并可以用实 测和/或阵风模型导出。
飞机疲劳载荷谱的编制 步骤是： 确定典型任务剖面； 典型任务的混合； 确定重心过载的累积频数分布； 确定载荷情况； 载荷及应力分析； 谱的离散化； 编制飞-续-飞载荷谱。
谱的计数法
第十二章 疲劳断裂力学中新的数值计算方法
有限元重合网格法
全局区域网格
Ω
G
Γ
bi
L
t ti
第十一章 疲劳载荷谱
（1）载荷谱在裂纹起始、短裂纹和长裂纹扩展诸阶段对损伤所起的作用是 不同的，载荷谱中存在压缩载荷部分时更为明显； （2）少数特大超载在超载塑性区范围内对后续的载荷序列有重大影响； （3）载荷谱中幅值越小，则频次越多； （4）随机谱的计数方法。
一类与全机重心过载谱相关，如： 机动载荷系数谱； 突风载荷谱； 地面载荷谱。
疲劳载荷谱
[1]. 李振兴, 5T悬挂吊车作用下焊接球网架结构的理论疲劳栽荷谱编制. 2014,太原理工大学.疲劳寿命计是结构承载过程中理想的疲劳状态监测元件,其电阻产生的不可逆变化反映了结构的疲劳加载历程。
首先比较分析了普通应变片和疲劳寿命计在实际应用中的优劣,然后在采用恒幅加载实验研究其基本测试性能的基础上,通过多级加载实验进一步证实了疲劳寿命计电阻响应规律的正确性,由此研究分析了桥梁等大型结构在实际的瑞利分布载荷作用下的疲劳加载历程,并对其使用寿命和剩余寿命进行预测。
[1]. 罗艳利, 胡明敏, and 方义庆, 基于疲劳寿命计的桥梁载荷谱识别研究. 理化检验(物理分册), 2005(08): p. 387-390.疲劳寿命计是结构承载过程中理想的疲劳状态监测元件,其电阻产生的不可逆变化反映了结构的疲劳加载历程。
首先比较分析了普通应变片和疲劳寿命计在实际应用中的优劣,然后在采用恒幅加载实验研究其基本测试性能的基础上,通过多级加载实验进一步证实了疲劳寿命计电阻响应规律的正确性,由此研究分析了桥梁等大型结构在实际的瑞利分布载荷作用下的疲劳加载历程,并对其使用寿命和剩余寿命进行预测。
[1]. 罗艳利, 胡明敏, and 方义庆, 基于疲劳寿命计的桥梁载荷谱识别研究. 理化检验(物理分册), 2005(08): p. 387-390.疲劳寿命计是结构承载过程中理想的疲劳状态监测元件,其电阻产生的不可逆变化反映了结构的疲劳加载历程。
首先比较分析了普通应变片和疲劳寿命计在实际应用中的优劣,然后在采用恒幅加载实验研究其基本测试性能的基础上,通过多级加载实验进一步证实了疲劳寿命计电阻响应规律的正确性,由此研究分析了桥梁等大型结构在实际的瑞利分布载荷作用下的疲劳加载历程,并对其使用寿命和剩余寿命进行预测。
[1]. 孙乐and 胡明敏, 基于数字疲劳传感器的桥梁载荷谱研究. 江苏航空, 2008(S1): p. 91-93.数字疲劳传感器是一种电阻响应传感器,其核心元件疲劳计是由特殊退火处理康铜材料制成的,具有不逆电阻疲劳载荷响应的特性,在交变载荷作用下该传感器产生不可逆电阻改变,而且电阻的变化可以反映结构疲劳加载历程,是一种理想的结构状态监测装置。
载荷谱
载荷谱载荷谱是整机结构或零部件所承受的典型载荷时间历程，经数理统计处理后所得到的表示载荷大小与出现频次之间关系的图形、表格、矩阵和其他概率特征值的统称。
机械结构部件多是在交变载荷作用下服役，因为载荷的变化，结构材料内部的应力应变也在发生变化，从而导致裂纹的产生、扩张，发生断裂，这个过程就是疲劳失效，大多数机械部件的失效都是疲劳失效。
载荷谱的研究对疲劳失效有很大作用。
载荷谱是进行可靠性设计的依据，是零部件结构定寿、延寿和动力学仿真、有限元分析等计算机辅助设计的先决条件，也是作为结构疲劳试验、强化试验、加速寿命试验和可靠性试验的基础。
一般机械产品，其载荷谱的编制流程如下：(1) 载荷样本数据的获取载荷数据一般通过产品现场工作时实测的途径来获取。
(2) 平稳性检验通过实测方法获得的载荷数据往往是一种随机过程，而在随机过程分析中，一组数据是否为平稳和历态的，对其进行统计处理所采用的方法是不相同的，因此需对试验获得的载荷数据进行平稳性分析。
(3) 无效幅值的去除测试获得的载荷数据中有许多载荷值小的循环，将不能构成疲劳损伤的小量载荷循环去除即为无效幅值的去除。
通过对无效幅值进行压缩和去除可以缩短试验时间，同时降低试验费用。
(4)载荷循环的统计计数将载荷-时间历程转化为系列载荷循环的过程叫做“计数法”。
在进行疲劳寿命分析时，常常以载荷-时间历程的损伤量为依据，对统计计数结果进行加速编辑。
(5) 总体分布的估计通过雨流计数法对随机载荷进行计数得到的是载荷均值和载荷幅值，之后进行统计处理得到二元（均值和幅值）随机变量的联合分布矩阵，采用二维（幅值和均值）函数进行分布参数的估计。
分布函数获得后，利用假设检验对幅值和均值分布函数进行检验，最后分析二者的相关性，确定最优分布模型。
不同的机械产品，其载荷谱的采集及编制方法均有所不同。
在对汽车零部件疲劳失效研究中，通常采集关键部位（如稳定连接杆、横拉杆等）的应变载荷和加速度信号作为载荷数据。
货车车体疲劳载荷谱的编制及验证
枕梁 腹板与端梁上盖板连接处 枕梁 补强板 1 与中梁、枕梁下盖板连接区域 枕梁 补强板 1 与中梁下盖板连接处 枕梁 补强板 1 与中梁下盖板连接处 枕梁 补强板 2 与中梁下盖板连接处
郑小艳 ( 1983- ) 女 , 湖北荆门人 , 硕士生 ( 收稿日期 : 2007- 10- 18)
第 28 卷第 3 期 2008年6月 文章编号 : 1008- 7842 ( 2008) 03- 0011- 03
铁道机车车辆 RAILWAY LOCOMOTIVE & CAR
Vol 28 No 3 Jun 2008
货车车体疲劳载荷谱的编制及验证
郑小艳, 谢基龙 ( 北京交通大学
摘 要
机械与电子控制工程学院 , 北京 100044)
( 3) 应力谱损伤计算 根据车体应力测试结果, 选取 5 个大应力部位测 点, 其测点号为: 4、 8、12、13、26, 参见图 3。应力 谱的疲劳损伤计算方法与载荷谱的损伤计算方法类似。 车体应力谱损伤计算结果见表 3 。 ( 4) 损伤计算结果分析 测点应力谱及载荷谱的损伤计算结果见表 3。 由表 3 的损伤计算结果可以看出 , 垂向载荷谱与 侧滚载荷谱对挑选的测点不产生损伤 , 这主要是因为 这些测点的测试方向大都是纵向 , 因而只有纵向载荷 谱对这些测点有损伤。图 5~ 7 分别为列车起动时测点 12 的应力、第 5 断面的车钩力以及心盘载荷情况。波 形显示车钩力与测点 12 应力的变化规律非常相似 , 但 心盘垂向载荷变化与测点 12 的应力变化不相关, 这也 说明了车钩力对测试的测点损伤起着主要作用。 由测点位置可以看出, 这些测点受纵向载荷和心 盘载荷的影响较大 , 所以本文不考虑扭转载荷的影响。 结果显示 , 分力谱累积损伤与应力谱损伤的结果有一 定的可比性, 根据应力谱计算的损伤约是分力谱计算
02-疲劳载荷谱处理讲解
N(Ude)——超越Ude的平均次数/单位长度 p1，p2——出现非暴风紊流和暴风紊流的比例
南京航空航天大学 南京航空航天大学 姚卫星 姚卫星 王英玉 王英玉© ©
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第2章 疲劳载荷谱
2.1.1 连续突风载荷 2º 飞机结构的响应
飞机对大气紊流的响应 任务剖面
相应的超越频率 ⎡ ⎛ ∆n ⎞ ⎛ ∆n ⎞⎤ ⎟ ⎜ ⎟ N (∆n) = N (0) ∆n ⎢ p1 exp⎜ ⎜ − A b ⎟ + 15 p2 exp⎜ − A b ⎟⎥ ⎢ ∆n 1 ⎠ ∆n 2 ⎠ ⎥ ⎝ ⎝ ⎣ ⎦
第2章 疲劳载荷谱
2.1.1离散突风载荷 2º 突风缓和因子
假定突风形状为： U=
U de 2 2π s ⎞ ⎛ 1 − cos ⎜ ⎟ 25c ⎠ ⎝
飞机在突风作用下动态平衡方程[3,5]：
1 1 U (t ) α 2 α M + ρVx SC y (t )V y = ρVx SC y (t ) dt 2 2 Vx dV y
离散突风模型 连续突风模型
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第2章 疲劳载荷谱
2.1.1 突风载荷
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第2章 疲劳载荷谱
2.1.1离散突风载荷
离散突风模型认为突风是一次一次独立地来到的。
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第2章 疲劳载荷谱
伪随机数
伪随机数(Pseudo-Random Number) 是按某种规律产生的 均匀分布的数的集合。试图用它模拟现实世界中的随机数。 定义： 取n个自然数m1，m2，……mn，其中1≤mi≤n(i∈n)， 且mi不重复，使其随机排列，则称n为该随机数列的周 期，即有mi＝mi+n。 产生伪随机数的方法有： (1) 物理方法：用机械的办法产生白噪声 (2) 查表法 (3) 数学方法：加同余法、乘同余法、混合同余法等
北航疲劳强度课件4-第四章
北航疲劳强度课件4-第四章
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4.2 计数法
再将图b用同样的方法处理，计入以阴影线表示的2个范围 对并略去与其相应的4个反向点。
北航疲劳强度课件4-第四章
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4.2 计数法
最后只剩下图c的一个范围最大的循环。
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4.1 概述
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，编谱时须满足如下要求：
1）简化后的载荷谱应与实际情况一致，即两者给出的疲劳 寿命是一致的。因此，为施行加速试验在载荷循环简化时，应 考虑到损伤等效的原则；
2）根据有限次数的实测数据，估计出整批产品的载荷变化 规律，以取得具有代表性的典型谱。为此，需借助统计方法， 由子样来推断母体，推断未能测出的某些载荷循环；
北航疲劳强度课件4-第四章
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方差随时间变化的非平稳随机序列
北航疲劳强度课件4-第四章
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均值和方差都随时间变化的随机过程
北航疲劳强度课件4-第四章
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工程实际中遇到的随机过程
北航疲劳强度课件4-第四章
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4.1 概述
北航疲劳强度课件4-第四章
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4.1 概述
3）载荷实测数据繁多，即使在几分钟内就能得到成千上 万的数据，为此，在判读和计数时，需采用自动化措施，利 用计算机进行处理；
4）由于各种产品工作条件不同，载荷－时间历程的类型 亦异，此外，考虑到疲劳损伤的部位和特点各不相同。所以， 编谱的工作应有一定的针对性，不宜使用同一原则。
运输机全尺寸疲劳试验载荷谱研究
运输机全尺寸疲劳试验载荷谱研究发布时间：2022-08-26T07:02:47.750Z 来源：《科技新时代》2022年1月2期作者：王想生11[]，胡玫瑰21[导读] 采用分部段试验的方法对A330/A340飞机中机身与机翼组合段进行疲劳试验载荷谱研究，王想生11[]，胡玫瑰211.中航通飞华南飞机工业有限公司，珠海 519040摘要：采用分部段试验的方法对A330/A340飞机中机身与机翼组合段进行疲劳试验载荷谱研究，重点研究载荷谱离散、随机化和加速疲劳试验等方面。
结果表明，采用分部段试验易于平衡；有时为了缩短试验时间，可以采用放大载荷谱的方法即加速疲劳试验方法。
关键词：载荷谱离散随机化加速疲劳试验分部段试验1 前言本文以空客A330与A340飞机中机身与机翼组合段为例开展运输机全尺寸疲劳试验载荷研究。
2 飞机类型及使用情况2.1 飞机类型短程飞机A330和运程飞机A340两种机型的结构形式相似，考虑到相似性，两种飞机在取证时，取A340-300飞机结构做多段全尺寸疲劳试验。
2.2 使用情况空客A340与空客A330巡航高度不尽相同，A340巡航分两段，A340按典型飞行任务剖面分为短程和中程，相关参数具体见表1。
由于A330飞机与A340飞机中机身与机翼组合段一样，空客公司采用同一试验同时验证A330与A340飞机的设计寿命。
A340与A330飞机的设计寿命分别为20000次飞行和40000次飞行，疲劳试验目标寿命取80000次飞行，整个试验分为两个阶段，第I阶段施加A340飞机的使用载荷，在施加A340飞机载荷时按短程与中程交替施加；第二阶段施加A330的使用载荷，试验达到40000次飞行时A340设计寿命获得验证，而A340载荷谱明显比A330载荷谱严重，在此基础施加40000次A330飞机使用载荷，则A330飞机设计寿命同时获得验证。
由前面可知每个典型飞行任务剖面包括30多个飞行任务段，每个飞行任务段对应不同的状态，基于疲劳损伤大小简化载荷谱选择10种典型飞行任务段描述A330/A340飞机的载荷时间历程。
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[1]. 李振兴, 5T悬挂吊车作用下焊接球网架结构的理论疲劳栽荷谱编制, 2014, 太原理工大学.疲劳寿命计是结构承载过程中理想的疲劳状态监测元件,其电阻产生的不可逆变化反映了结构的疲劳加载历程。
首先比较分析了普通应变片和疲劳寿命计在实际应用中的优劣,然后在采用恒幅加载实验研究其基本测试性能的基础上,通过多级加载实验进一步证实了疲劳寿命计电阻响应规律的正确性,由此研究分析了桥梁等大型结构在实际的瑞利分布载荷作用下的疲劳加载历程,并对其使用寿命和剩余寿命进行预测。
[1]. 罗艳利, 胡明敏与方义庆, 基于疲劳寿命计的桥梁载荷谱识别研究. 理化检验(物理分册), 2005(08): 第387-390页.疲劳寿命计是结构承载过程中理想的疲劳状态监测元件,其电阻产生的不可逆变化反映了结构的疲劳加载历程。
首先比较分析了普通应变片和疲劳寿命计在实际应用中的优劣,然后在采用恒幅加载实验研究其基本测试性能的基础上,通过多级加载实验进一步证实了疲劳寿命计电阻响应规律的正确性,由此研究分析了桥梁等大型结构在实际的瑞利分布载荷作用下的疲劳加载历程,并对其使用寿命和剩余寿命进行预测。
[1]. 孙乐与胡明敏, 基于数字疲劳传感器的桥梁载荷谱研究. 江苏航空, 2008(S1): 第91-93页.数字疲劳传感器是一种电阻响应传感器,其核心元件疲劳计是由特殊退火处理康铜材料制成的,具有不逆电阻疲劳载荷响应的特性,在交变载荷作用下该传感器产生不可逆电阻改变,而且电阻的变化可以反映结构疲劳加载历程,是一种理想的结构状态监测装置。
本文首先阐述了其基本特性和工作原理,然后根据桥梁载荷谱的瑞利分布特点,设计了双疲劳计响应载荷谱测定方法,得到疲劳传感器电阻变化与桥梁瑞利载荷谱的对应关系。
最后介绍了基于该传感器的疲劳载荷监测系统和在东海大桥监测应用情况。
[1]. 陈景杰, 黄一与李玉刚, 考虑疲劳载荷相互影响的修正的Miner准则研究. 中国造船, 2014(03): 第36-42页.基于疲劳加载过程中材料的疲劳极限由于损伤的出现而呈现逐渐下降的规律,提出了关于疲劳损伤计算的修正的Miner准则。
在该方法中,引进一个参数来不断修正损伤过程中试件的S-N曲线,推导受损试件的疲劳极限与初始试件的疲劳极限之间的关系,使载荷间的相互作用及载荷加载顺序对材料累积损伤的影响得到考虑。
通过对两个不同加载方式的疲劳试验的计算和误差比较,验证了该方法比传统的Miner准则具有更高的计算精度。
同时,根据其中一种加载方式的疲劳实验数据模拟多种随机载荷谱,利用修正的Miner准则法进行计算,得知随机载荷下的疲劳寿命更接近试件的实际寿命,进一步证明该方法的正确性,从而拓展了该方法的使用范围。
[1].李宇, 螺栓球网架结构设置10T悬挂吊车时其吊点疲劳载荷谱的理论编制, 2014, 太原理工大学.网架结构作为一种施工方便、适用于工业化生产的结构形式,在工业厂房中得到了广泛应用。
但是当其设置悬挂吊车作为工业厂房的起重运输设备时,由此引发的网架疲劳问题,至今还鲜有人研究,缺乏系统的试验资料,而疲劳载荷谱是进行网架结构强度试验和疲劳损伤研究的重要依据,其中悬挂吊车吊点的疲劳载荷谱更是网架结构疲劳载荷谱研究的重中之重,这一实际需求与理论匮乏的矛盾极大的限制了悬挂吊车在网架结构中的应用。
本文以国家自然科学基金项目——网架结构节点疲劳试验为背景,主要研究在螺栓球网架结构设置10t悬挂吊车时其吊点疲劳载荷谱的理论编制,针对这一问题,本文所作主要工作如下；1.本文通过查阅大量文献,详细介绍了疲劳载荷谱在国内外各领域的发展动态。
2.本文列出了国内近年来设置悬挂吊车的网架工程案例,并列出了部分悬挂吊车的技术参数。
3.本文在假定太原理工大学结构实验室将要设置悬挂吊车的情况下,利用网架结构设计软件Mstcad对其网架进行了建模。
4.本文在查阅大量文献的基础上,借鉴其他领域载荷谱的编制方法,使用有限元分析软件MIDAS首次对螺栓球网架结构设置10T悬挂吊车时的控制吊点的疲劳载荷谱进行了编谱；绘制了控制吊点的载荷.历程曲线；利用雨流计数法对控制吊点的载荷历程曲线进行计数,绘制了相应的频数直方图和累积频数曲线。
本文初步探讨了设置悬挂吊车的网架结构吊点的疲劳载荷谱理论编制的可行性,为网架结构变幅疲劳设计方法的提供了参考依据。
[1]. 张玉琴等, 桥式起重机主梁结构剩余疲劳寿命估算. 中国重型装备, 2008(02): 第12-14页.针对冶金起重机工作的级别为A7或A8、满载工作、小车移动位置固定、应力等幅等条件,确定了寿命估算模型、疲劳载荷谱以及计算参数。
还做了实例估算,与检验结果基本相符。
[1]. 武滢与谢里阳, 随机载荷作用下疲劳寿命分布预测模型. 工程设计学报, 2010(06): 第435-438页.为了研究构件在随机载荷下的疲劳寿命分布,建立疲劳寿命分布预测模型.应用雨流计数法,将随机载荷-时间历程处理成以载荷幅值和均值为随机变量的二维联合概率密度函数,得到构件的二维疲劳载荷谱.从Miner累积损伤的定义出发,分析了累积损伤分散性的来源.以此为基础,通过建立等幅疲劳中值Sa-Sm-N曲面,提出了基于二维载荷谱的疲劳寿命分布预测模型,当累积损伤的概率分布已知时,可以估算出构件的疲劳寿命分布,进而得到零件在任一时刻的可靠度.最后,给出了一个具体应用实例.结果表明所提出的疲劳寿命分布预测方法具有较好的工程实用价值.[1]. 钱洪新, 载荷谱型对疲劳损伤分布的影响. 南京航空航天大学学报, 2001(03): 第241-244页.疲劳累积损伤分布规律是结构疲劳可靠性分析与设计的关键内容之一。
本文考察了疲劳外载荷谱的谱型对疲劳累积损伤分布的影响,定义了任意载荷谱的等效谱强和载荷谱的形状因子,给出了-个分析疲劳累积损伤分布的模型,讨论了载荷谱型与疲劳累积损伤分布之间的关系。
数值模拟结果表明:谱强度描述了疲劳累积损伤的均值,载荷谱的形状因子描述了疲劳累积损伤的变异系数。
赵维涛, 安伟光与杨多和, 在静载和疲劳载荷作用下结构系统失效机理与可靠性分析. 哈尔滨工程大学学报, 2006(02): 第200-203页.在结构系统使用过程中,将可能出现多种失效形式,例如静载失效或疲劳失效.根据疲劳载荷造成的累积损伤对结构极限应力的影响,给出了结构构件在基于累积损伤下的构件剩余抗力的表达式,分析了结构系统中每一个单元在静载和疲劳载荷作用下的失效形式,并考虑了该两失效模式之间的相关性对该单元可靠性的影响,具体分析了结构系统在静载和疲劳载荷作用下的失效机理,给出了在静载和疲劳载荷作用下结构系统的可靠性分析方法.数值算例表明,在不同的使用年限内,静载和疲劳载荷对结构系统可靠性的影响是不同的.在结构系统主要失效路径中,既有单元静强度失效又有单元疲劳失效,这是符合结构系统使用真实情况的.[1]. 刘荣梅, 基于疲劳传感器的大型桥梁载荷谱检测研究. 实验力学, 2008(01): 第59-64页.提出基于同一倍增器上双疲劳计的桥梁载荷谱检测方法,将疲劳传感器上两个疲劳计以不同方向粘贴得到不同放大系数,由恒幅标定数据和等效原理用插值方法得到复杂加载下疲劳响应计算方法,并根据桥梁载荷谱的瑞利分布特点,得到该分布下的疲劳响应计算方法。
采用倍增器的双疲劳计结构设计,利用疲劳计响应的非线性特性,得到疲劳传感器电阻变化与桥梁瑞利载荷谱的对应关系。
本文疲劳试验表明,试验载荷谱与预测载荷谱相当吻合,所设计的疲劳传感器性能良好,能够满足桥梁疲劳载荷检测要求。
该传感器的检测原理提供了一种新的工程疲劳检测方法,它较目前采用的其它方法效率高、精度好,适用于长期疲劳监测。
[1]. 罗艳利, 胡明敏与方义庆, 基于疲劳寿命计的桥梁载荷谱识别研究. 理化检验(物理分册), 2005(08): 第387-390页.疲劳寿命计是结构承载过程中理想的疲劳状态监测元件,其电阻产生的不可逆变化反映了结构的疲劳加载历程。
首先比较分析了普通应变片和疲劳寿命计在实际应用中的优劣,然后在采用恒幅加载实验研究其基本测试性能的基础上,通过多级加载实验进一步证实了疲劳寿命计电阻响应规律的正确性,由此研究分析了桥梁等大型结构在实际的瑞利分布载荷作用下的疲劳加载历程,并对其使用寿命和剩余寿命进行预测。
[1]. 孙乐与胡明敏, 基于数字疲劳传感器的桥梁载荷谱研究. 江苏航空, 2008(S1): 第91-93页.数字疲劳传感器是一种电阻响应传感器,其核心元件疲劳计是由特殊退火处理康铜材料制成的,具有不逆电阻疲劳载荷响应的特性,在交变载荷作用下该传感器产生不可逆电阻改变,而且电阻的变化可以反映结构疲劳加载历程,是一种理想的结构状态监测装置。
本文首先阐述了其基本特性和工作原理,然后根据桥梁载荷谱的瑞利分布特点,设计了双疲劳计响应载荷谱测定方法,得到疲劳传感器电阻变化与桥梁瑞利载荷谱的对应关系。
最后介绍了基于该传感器的疲劳载荷监测系统和在东海大桥监测应用情况。
[1]. 陈景杰, 黄一与李玉刚, 考虑疲劳载荷相互影响的修正的Miner准则研究. 中国造船, 2014(03): 第36-42页.基于疲劳加载过程中材料的疲劳极限由于损伤的出现而呈现逐渐下降的规律,提出了关于疲劳损伤计算的修正的Miner准则。
在该方法中,引进一个参数来不断修正损伤过程中试件的S-N曲线,推导受损试件的疲劳极限与初始试件的疲劳极限之间的关系,使载荷间的相互作用及载荷加载顺序对材料累积损伤的影响得到考虑。
通过对两个不同加载方式的疲劳试验的计算和误差比较,验证了该方法比传统的Miner准则具有更高的计算精度。
同时,根据其中一种加载方式的疲劳实验数据模拟多种随机载荷谱,利用修正的Miner准则法进行计算,得知随机载荷下的疲劳寿命更接近试件的实际寿命,进一步证明该方法的正确性,从而拓展了该方法的使用范围[1]. 郭涛, 张立翔与郭然, 疲劳载荷和表面力学特性对微动疲劳裂纹萌生位置的影响. 润滑与密封, 2008(09): 第31-34页.采用数值分析的方法研究了单构件螺栓铆接铝板在不同接触表面摩擦因数和疲劳载荷的情况下铝板上表面接触区内边缘(孔边)和外边缘的应力场特性,分析了摩擦因数和疲劳载荷对微动疲劳裂纹萌生位置的影响。
结果表明,微动疲劳裂纹的理论分析结果与试验实测是吻合的。
增加摩擦因数和疲劳载荷幅值时都会使裂纹的萌生由90°区域向45°区域移动。
[1]. 崔常京等, 疲劳载荷作用下应力集中部位金属的磁记忆现象, 2008. 第51-54页.研究了含有缺口的18CrNi4A渗碳钢试样在疲劳载荷作用下的磁记忆现象。
结果表明:在应力集中部位磁记忆信号Hp(y)变化明显,且随循环加载次数的增加呈现规律性变化;在试验过程中,当循环加载到一定次数后,Hp(y)曲线过零点,在随后循环中零点的位置变化很小,直到试样产生裂纹、断裂;磁记忆检测对18CrNi4A渗碳钢构件的疲劳损伤具有较准确的判断能力。