橡胶球铰疲劳裂纹扩展寿命预测
加速老化试验预测橡胶使用寿命(自己翻译过来的)
加速试验预测橡胶组件的使用寿命（翻译的）摘要：橡胶材料的性能及橡胶组件使用寿命的预测、估算在橡胶组件的设计过程中有着重要的作用。
我们通过加速老化试验和模拟相结合的办法，对橡胶材料在氧气环境中的寿命预测做了很多年的研究。
这篇论文研究了热老化对橡胶性能的影响，同时也对冷冻机用三元乙丙橡胶（EPDM），丁腈橡胶（NBR）橡胶组件的使用寿命进行了预测。
实验结果表明橡胶组分影响着橡胶的交联密度；老化时间及活化能可以很好的用以描述老化行为；通过单轴拉伸试验得到应力应变曲线。
为了预测EPDM，NBR的使用寿命，对这两种橡胶做了50℃到100℃，1天到180天的加速老化试验，并测试了一系列的物理性能试验。
通过阿伦尼乌斯方程进行了计算，并通过压缩永久变形试验，本文提出了一系列方程用以预测橡胶材料使用寿命。
关键词：加速试验，丁腈橡胶，活化能，交联，三元乙丙橡胶，热老化，寿命预测，橡胶材料。
符号缩写：C.S 压缩永久变形；d0 样品的厚度；d1压缩状态下样品厚度；d2 卸载后厚度k 交联密度变化程度；（K）T 反应速率；A，B 常数；E 反应活化能；R 气体常数；T 绝对温度I 前言橡胶是一种最为通用的材料，有着广泛的用途，甚至很难说清它到底有多少用途。
从普通的家用，商用，汽车制造等到高尖端的航天航空工业都有橡胶的身影。
许多橡胶组件在使用中需要承受一定的机械力作用，为了保证橡胶组件的安全性和可靠性，使用寿命的预测估算是一项关键技术。
如何防止橡胶组件在使用过程中损坏是一个关键问题。
橡胶组件在使用过程中承受着一定的载荷，还受到温度，辐射以及一些其它的有害物质的影响。
所有的影响因素结合在一起，导致了橡胶物理及化学结构的改变，最终表现为橡胶机械性能的降低。
橡胶在使用了一段时间后，开始老化，通常表现为挺性增加，阻尼性能下降。
老化不光光影响了性能，同时也影响了组件的使用寿命。
橡胶组件所处环境的不同，使得它们的降解方式也不一样。
橡胶组件的逐步老化降解，不仅与外部因素有关，同时与橡胶基体本身以及橡胶里面的添加剂有关。
变刚度橡胶球铰的刚度特性与疲劳寿命分析
Ａｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｉ ｆｎｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｆ ａ ｔ ｉ ｇ ｕｅ ｌ ｉ ｆ ｅ ｏ ｆ ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ ｓ ｔ ｉ ｆｎ ｅ ｓ ｓ ｒ ｕ ｂｂｅ ｒ ｂｕ ｓ ｈ ｉ ｎ ｇ
Ｄ Ｉ Ｎ Ｇ Ｚ ｈ ｉ － ｐ ｉ ｎ ｇ ， Ｙ Ａ Ｎ Ｇ Ｒ ｏ ｎ ｇ — ｈ ｕ ａ ， ＨＵ Ａ Ｎ Ｇ Ｙ ｏ ｕ － ｊ ｉ ａ ｎ ， Ｂ Ｕ Ｊ ｉ １ ｉ ｎ ｇ
ｕｂ ｒ ｂ ｅ ｒ ｂ ｕ ｓ ｈ ｉ ｎ ｇ ．Ｈ ｅ ｎ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｉ ｆ ｆ ｎ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｕｂ ｒ ｂ ｅ ｒ ｂ ｕ ｓ ｈ ｉ ｎ ｇ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｄ ｂ ｙ ａ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｈ ｅ ｉ ｇ ｈ ｔ ｏ ｆ ｓ ｔ ｏ ｐ ｃ ａ ｔ ｃ ｈ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ
算 疲劳载荷工况下球 铰危险点 的等效应力 范围 ， 结合 ｓ 一 Ⅳ 曲线 对橡 胶球铰 的疲 劳寿命分 析预测 ， 并通 过台架疲 劳实 验
疲劳裂纹扩展与寿命计算
Values of C and m for Crack Growth Eqn.
20
Material
c
m
下午12时41分28秒
4 影响疲劳裂纹扩展的因素 21
影响疲劳裂纹扩展的因素
➢应力强度因子变程 • 最重要、最基本
➢应力比 ➢平均应力 ➢高载峰值 ➢加载频率 ➢温度 ➢环境介质
控制的： da c(K )n dN
式中c、n是与试验条件（环境、加载频率、温度和应力 比R等）有关的材料常数，对于绝大多数金属材料，n = 2 ~ 4。KI为应力强度因子幅度，其定义为
KI KI,max KI,min (I,max I,min ) a
Paris公式表明：疲劳裂纹扩展是由裂纹尖端弹性应力强 度因子的变化幅度所控制的。
m
1 1
R R
a
1 R 1 R
2
1 R 2
当应力变程一定时，平均应力 随应力比的增加而增加
平均应力的影响可通过R来体现
下午12时41分28秒
注：Paris公式的几种修正形式简介 24
1）Donalure公式 ：反映门槛值的影响
da dN
c(K12
K
2 th
)
在曲线的第I区域，即在疲劳裂纹扩展初期，疲劳裂纹扩展 速率受 Kth 的影响较大，但是paris公式没有反映门槛值 的存在，也没有反映Kth 的影响，所以Donalure提出上式疲 劳裂纹的扩展速率经验Kth公式。
下午12时41分28秒
注：Paris公式的几种修正形式简介 25
2）Walker公式 ：考虑平均应力的影响，适合描述裂
纹速率特性的第II区域。
da dN
c[KI,max (1 R)m ]n
变刚度橡胶球铰的刚度特性与疲劳寿命分析
变刚度橡胶球铰的刚度特性与疲劳寿命分析丁智平;杨荣华;黄友剑;卜继玲【摘要】进行变刚度橡胶球铰的承载特性研究，有限元数值分析与实验结果均表明其刚度曲线表现为明显的非线性特性。
正常载荷工况刚度值小、平稳，极限载荷刚度曲线出现拐点，刚度值显著增大。
改变橡胶球铰的止挡高度，会直接影响刚度曲线的拐点位置。
可据载荷工况，通过调整止挡高度改变刚度特性。
据橡胶超弹特性，用有限元分析数据计算疲劳载荷工况下球铰危险点的等效应力范围，结合S-N曲线对橡胶球铰的疲劳寿命分析预测，并通过台架疲劳实验验证。
结果显示橡胶球铰经150万次疲劳试验后未失效，与寿命预测值基本吻合。
%The bearing behavior of a variable-stiffness rubber bushing was studied.Both the finite element analysis and experimental results show that the stiffness curve has obvious nonlinearity.The stiffness value is small and stationary under normal load conditions,and grows up significantly with obvious inflection point on the stiffness curve under ultimate load.The position of the inflection point on stiffness curve can be directly affected by changing the height of stop catch in rubber bushing.Hence the stiffness of the rubber bushing can be changed by adjusting the height of stop catch according to working conditions.The results of finite element analysis were used to calculate the equivalent stress range of peril point of the rubber bushing under fatigue loading according to the hyperelastic characteristics of rubber material.The fatigue life of the rubber bushing was predicted with S-N curve and then was verified by fatigue bench test result.The resultsindicate that the rubber bushing does not fail after 1 .5 million cycles in fatigue test,and the tested fatigue life is accordant with the predicted one.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】6页(P99-104)【关键词】橡胶球铰;刚度;等效应力;疲劳寿命【作者】丁智平;杨荣华;黄友剑;卜继玲【作者单位】湖南工业大学机械工程学院，湖南株洲 412007;湖南工业大学机械工程学院，湖南株洲 412007;株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲412007;株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲 412007【正文语种】中文【中图分类】TQ332;U467.4+97随着轨道交通的迅猛发展，对车辆安全性、舒适性、可靠性要求更高[1]。
橡胶密封圈疲劳寿命预测研究方法综述
橡胶密封圈疲劳寿命预测研究方法综述摘要：橡胶密封圈对提高设备密封性能有重要作用，通常作为密封构件广泛应用于工业机械设备。
概述橡胶密封圈的疲劳寿命研究方法，主要分为S-N曲线法、裂纹萌生法和裂纹扩展法。
从寿命预测计算理论出发，阐述常用的计算模型，总结实现橡胶密封圈寿命预测计算的方式，对初步了解橡胶材料寿命预测方法和计算模型之间的关系具有重要意义。
关键词：橡胶密封圈 S-N曲线裂纹萌生裂纹扩展寿命预测橡胶属于高分子材料，具有弹性性质，能够为设备提供良好的密封性能，因此广泛应用于燃油、液压、润滑等密封系统。
在复杂工况下，橡胶密封圈经常出现老化、破裂、永久变形、间隙咬伤、腐蚀等失效现象。
为了有效预防泄漏事件的发生，许多国内外学者对橡胶密封圈使用寿命的预测方法展开了研究。
王昊等[1][2]综述了橡胶疲劳影响因素和裂纹萌生、裂纹扩展等橡胶疲劳寿命研究方法，阐述了通过有限元仿真技术预测橡胶材料疲劳寿命的研究进展。
杜秀华等[3]概述橡胶构件的疲劳寿命研究方法主要分为裂纹成核法、裂纹扩展法和S-N曲线法，并给出各研究方法的选择依据。
王小莉等[4][5]从橡胶材料的疲劳裂纹萌生、扩展以及疲劳损伤三个角度综述了疲劳特性研究进展。
丁智平等[6]采用连续介质损伤力学方法，结合有限元分析方法对橡胶构件进行寿命预测，预测结果比较理想。
刘兵[7]以某伺服作动器为研究对象，计算了橡胶O形圈的疲劳寿命，为橡胶材料寿命预测提供了分析方法和数值依据。
王星盼[8]对不同温度和多轴应力作用下的橡胶进行疲劳特性研究，通过有限元方法对橡胶构件进行了寿命预测。
裴硕等[9]基于断裂力学理论，对丁腈橡胶建立了疲劳寿命预测模型，通过FE-SAFE软件对橡胶材料进行了寿命预测。
综上所述，橡胶材料寿命预测最常见的方法有S-N曲线法、裂纹萌生法和裂纹扩展法。
1 S-N曲线法对橡胶密封圈施加周期性应力(应变)是影响疲劳寿命的主要原因，应力(应变)增加，疲劳寿命减少，反之增加。
一种橡胶弹性元件疲劳寿命预测方法的研究_刘建勋
收稿日期：2011－01－21作者简介：刘建勋，高级工程师，1995年毕业于湘潭大学机械制造专业，现任株洲时代新材料科技股份有限公司副总经理兼总工程师。
基金项目：国家“863”课题（2008AA030706）一种橡胶弹性元件疲劳寿命预测方法的研究*刘建勋，黄友剑，刘柏兵，卜继玲（株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲412007）摘要：文章结合一款锥形橡胶弹性元件的疲劳破坏问题，提出了一种基于ABAQUS+FE-SAFE 平台下的橡胶疲劳寿命预测方法，通过该疲劳仿真模拟技术，实现了对橡胶弹性元件产品疲劳寿命预测的目的，为类似弹性元件的疲劳评估提供了一种新的思路。
关键词：橡胶弹性元件；疲劳寿命；Abaqus+FE/safe 平台中图分类号：U266．2文献标识码：A文章编号：1672－1187（2011）03－0012－03Research on fatigue life prediction method of rubber componentsLIU Jian-xun ，HUANG You-jian ，LIU Bai-bin ，BU Ji-ling（Zhuzhou Times New Material Technology Co.，Ltd.，Zhuzhou 412007，China ）Abstract ：Aiming at the fatigue damage problem of a conical rubber component ，a prediction method on fatigue life is provided on the base of ABAQUS+FE-SAFE Platform.The purpose of predicting the fatigue life of rubber component is realized by the fatigue simulation technology.The prediction method also provides a new concept for the fatigue evaluation of similar rubber components.Key words ：rubber component ；fatigue life ；ABAQUS+FE-SAFE Platform电力机车与城轨车辆Electric Locomotives ＆Mass Transit Vehicles 第34卷第3期2011年5月20日Vol.34No.3M ay 20th ，2011研究开发◆◆0引言橡胶材料能承受大应变而不会发生永久性的变形和断裂，这使得它广泛地应用在轮胎、减振器、密封件、软管、皮带、结构轴承等领域，而这些产品主要应用于准静态和疲劳应变的环境下[1-2]，所以橡胶产品的疲劳寿命是检验产品质量是否合格的主要指标。
橡胶隔振元件频率疲劳的寿命预测
橡胶隔振元件频率疲劳的寿命预测赵立杰;曲明【摘要】Fatigue tests for dumbbell-shaped cylindrical specimen (DCS) of rubber are conducted. The results of fatigue life at 1 Hz, 5 Hz and 11 Hz loading frequencies are given. The results show that the fatigue life increases initially and decreases later with the increasing of the loading frequency. Based on the test data, the life prediction models are established by taking the maximum LE strain as the damage parameter. The result shows that the precise of the fatigue life prediction can reach 0.9. The fatigue life prediction models for natural rubber components are helpful for establishing the fatigue life database of natural rubber materials.%以天然橡胶哑铃型试柱为研究对象，进行频率为1 Hz、5 Hz、11 Hz 的单轴拉伸试验，分析试验结果表明，随着频率的加大疲劳寿命呈现一种先上升后下降的趋势，并以最大主对数应变为损伤参量建立预测模型，结果表明预测精度均达到0.9以上。
所建立的预测模型可用于建立天然橡胶材料的疲劳数据库。
疲劳裂纹;扩展速率;门槛值;剩余寿命;测试系统精讲
研究内容及方法
⑵监测系统软件 表面疲劳裂纹监测系 统软件全部由C语言编程。系统特点如 下： ①通过人机对话方式对采样参数进行 设定，操作简便； ②数据采集采用实时时钟中断方式进 行，采集过程中可对采样数据进行实 时处理、实时显示采样数据、波形和 图形，不影响数据采集的连续性；
研究内容及方法
③采样监视阶段，可对采样数据的漂移 做进一步的调零处理，使采样精度大大 提高； ④实现了对采样时间的累加与再现，为 疲劳寿命预测提供了依据； ⑤根据设定报警限实时报警，以测得的 裂纹值作为初始裂纹，按照损伤容限设 计理论实时预测疲劳裂纹剩余寿命；
论文总结
(2)对影响疲劳裂纹扩展速率的因素进行分 析，提出表面疲劳裂纹监测系统框图，说 明在工程中应用的意义及特点。
论文总结
(3) 因为疲劳裂纹扩展而使机械零 件和工程构件出现疲劳失效，因为没 有即时的预防而造成的损失是非常大 的，为了预防其破坏设备和构件的正 常运行，就要对构件进行适时监控， 用最有效的方法解决问题，所以对疲 劳裂纹扩展规律研究是十分必要的。
， m J 1.84。列出拟合后得到的结果以及
da 1.40 (J )1.84 dN
研究内容及方法 用最小二乘法拟合 得到的压力容器业 常用材料16 MnR的 J 积分疲劳裂纹扩 展公式为：
da 1.40 (J )1.84 dN
16MnR的 ln( da / dN ) ln( J ) 拟和曲线
研究内容及方法
若理论门槛值 K thT与实用门槛值 K thO 相差很小，用后者替代前者当然可行。但 有试验发现，当 K K thO 时，仍能观测到 K thT 裂纹的明显扩展。对于有的材料， 与 K thO 之间的差别是明显的。在这样的场合，将 材料的实用门槛值代替理论门槛值用于结 构的损伤容限设计，无疑将冒风险。因此， 找到一种较为可靠的确定理论门槛值的方 法就显得很有意义。
基于裂纹扩展的疲劳寿命预测及在起重机金属结构中应用
基于裂纹扩展的疲劳寿命预测及在起重机金属结构中应用起重机作为国民经济建设中不可或缺的重要设备而广泛使用,在工厂车间、施工工地、港口、货场等频繁的工况载荷下,疲劳导致起重机金属结构失效问题逐渐突显。
随着起重机向着大型化、轻柔化的方向发展,高强度结构钢的使用也更为广泛。
实验研究表明高强度钢的屈服应力和极限应力相对普通结构钢有大幅度的提高,而载荷多变带来疲劳对起重机结构造成的影响大为加剧,人们在关注结构刚度、强度、稳定性的同时,对疲劳性能的研究却相对较少。
为保证起重机可靠的工作,不仅需要对强度、刚度和稳定性进行分析,还需要对起重机的疲劳损伤分析和剩余寿命进行分析预测。
本文以起重机结构疲劳为研究对象,基于扩展有限元理论给出裂纹尖端应力强度因子的求解方法,研究影响裂纹扩展速率的因素,探讨起重机金属结构疲劳寿命预测中需要明确的要素,得出相应的求解方法和策略,并对起重机典型疲劳结构进行裂纹扩展路径模拟和考虑载荷次序用功率谱函数进行起重机疲劳寿命预测。
应力强度因子是基于断裂力学进行疲劳寿命预测的重要参量之一,常规有限元法通过在裂纹尖端布置裂尖奇异单元,即四分之一节点单元而得到相应的数值解。
但是随着裂纹的扩展,常规有限元方法的网格必须随着裂纹边界的变化重新进行划分,且裂纹的扩展必须沿着网格边界,使得常规有限元在处理裂纹等不连续问题时显得低效。
扩展有限元法通过添加额外的节点自由度,网格划分不随边界的变化,可以很好的处理不连续的问题。
本文提出改进的水平集方法对裂纹界面进行识别和跟踪,结合扩展有限元法对裂纹尖端的应力位移场进行数值求解,并用M积分对复合型裂纹进行解耦。
虽然扩展有限元法在Abaqus中进行了集成,但采用的补充函数等仍然存在一些不足,本文编写扩展有限元程序对裂纹结构进行数值计算并求取裂尖应力强度因子为后续研究奠定基础。
为对起重机进行疲劳寿命预测,须先建立疲劳裂纹扩展速率的模型。
经典裂纹扩展速率Paris公式中的参数在不同应力比工况下需用大量的实验进行求取,为此本文提出一种新的考虑应力比影响裂纹扩展速率的模型,针对起重机中最常用的各种材料的试验数据进行验证,鉴于起重机频繁起制动造成反复冲击载荷的恶劣工作环境,本文研究冲击过载对裂纹扩展速率的影响,并用Wheeler模型描述起重机常用材料受单一超载的影响,给出相应的Wheeler模型参数,供起重机行业寿命预测使用。
橡胶弹性减振元件疲劳裂纹扩展寿命分析
2.2
图1 纯剪切试样
橡胶疲劳寿命预测模型
FCG 试验在美国的 Axel 试验室完成，试验温 度 23 ℃，最小应变为 0，试验得到的 NR68 橡胶裂 纹扩展率与撕裂能的关系如图 2 所示。由于外力所 做功的一部分使系统内势能增加，另一部分消耗在 裂纹扩展的过程中，因此与裂纹扩展率对应的撕裂 能应采用卸载应力—应变曲线下的面积计算。
Abstract：The fatigue crack growth tests for pure shear specimens of NR68 rubber are carried out and the results show that a power relationship exists between crack growth rate and tearing energy. Based on the theory of cumulative fatigue damage, a fatigue life prediction model for rubber with the tearing energy range as damage parameter is built. Model parameters are obtained from fitting fatigue crack growth test data of NR68 rubber by regression analysis. The method of calculating tearing energy of elastic damping components is put forward by using finite element structural analysis, equivalent stress calculation of rubber materials and stress-strain data of single edge notched tensile(SENT) specimens in tensile tests, and fatigue of elastic damping components in complex stress state can be changed into fatigue of rubber material in uniaxial stress state. The fatigue life of a cone-shaped rubber spring is analyzed by using the model and verified by fatigue bench test result of the rubber spring. The result shows that the predicted fatigue life is 1.33 times that of the fatigue test life. So, the prediction accuracy is good. Key words：Rubber Elastic vibration damper Fatigue life Tearing energy Equivalent stress
疲劳试验在橡胶减振制品寿命预测中的应用
疲劳试验在橡胶减振制品寿命预测中的应用橡胶减振制品同时具有承载和缓和冲击的作用，由于体积小、重量轻、免维护等优点，故可以取代传统的金属弹簧和摩擦阻尼装置。
橡胶减振制品的耐疲劳特性严重影响其使用寿命，本文综述了橡胶减振制品疲劳失效的判断准则和疲劳试验在使用寿命预测中的应用，以及国内外在橡胶减振制品寿命预测方面的研究进展。
橡胶减振制品具有制品弹性参数可调、可以衰减和吸收高频振动和噪声、冲击刚度大于动刚度和静刚度以及体积小、重量轻、免维护等优点，故可以取代传统金属弹簧和摩擦阻尼装置。
国外此类产品的应用非常广泛，但在国内还处于引进与仿制阶段。
由于，橡胶减振制品通常是在周期应力状态下使用的，所以，橡胶减振制品的耐疲劳特性与其使用寿命密切相关。
最可靠的办法是在实际使用条件下对实物进行评价，但这需要较长的试验时间和昂贵的费用。
目前，预测橡胶减振制品疲劳寿命方法有虚拟分析和疲劳试验，而使用软件来仿真计算产品的使用寿命，并不能代替疲劳试验，产品疲劳可靠性最终要通过疲劳试验来检验。
因此，如何准确的通过疲劳试验来预测橡胶减振制品的疲劳寿命，对于缩短产品开发周期、节省资金，最终研制出性能满足使用要求的高技术含量的产品有重要意义。
1橡胶减振制品疲劳失效的判断准则1.1 制品静刚度损失率橡胶减振制品是国内外目前应用最为广泛的减振降噪装置，在轨道交通中占总量的 90%以上(按产值计算)，主要起承载、悬挂、牵引、隔振和缓冲的作用，所以刚度是橡胶减振制品的关键特性之一。
橡胶减振制品的疲劳曲线的特点为在循环次数超过10 7 次后，曲线也并不一定水平，所以，疲劳试验并不要求制品直到疲劳破坏时才终止试验，即当试验进行到一定次数后，对制品进行性能检验，如满足要求，即认为寿命达到设计要求。
橡胶材料的弹性模量在使用过程中会不断下降，往往在发生破坏前，其强度就已降到不足以承受额定载荷的程度，因此，必须在疲劳使用过程中对制品的刚度进行检验，以掌握失效程度。
机械零件的疲劳裂纹扩展与寿命预测
机械零件的疲劳裂纹扩展与寿命预测机械零件的疲劳裂纹扩展与寿命预测是材料科学和工程领域中的一项重要研究内容。
机械零件在运行过程中，由于受到载荷作用和材料本身的缺陷等原因，容易产生疲劳裂纹。
疲劳裂纹的扩展会导致零件的强度逐渐下降，最终导致零件的失效。
因此，了解疲劳裂纹的扩展规律以及预测零件的寿命对于确保机械设备的可靠性和安全性至关重要。
疲劳裂纹扩展是指在连续循环加载下，起初微小的裂纹随着时间的推移逐渐扩展。
疲劳裂纹扩展的速率与裂纹长度、应力幅、材料性能等因素密切相关。
通过对这些因素的研究，科学家们发现了裂纹扩展速率与裂纹尖端应力强度因子之间的关系。
应力强度因子是描述裂纹尖端应力集中程度的物理量，研究其变化规律对理解和预测裂纹扩展至关重要。
为了预测机械零件的寿命，研究者们发展了一系列的疲劳寿命预测模型。
其中最为常用的是基于裂纹扩展速率的模型。
该模型通过测定材料的疲劳裂纹扩展速率，结合裂纹的初始长度，预测零件的寿命。
这种寿命预测模型在实际工程中应用广泛且经验丰富。
除了裂纹扩展速率模型外，还有一些更为精确和复杂的寿命预测方法正在逐渐发展。
例如，基于有限元分析的寿命预测方法能够更加准确地模拟裂纹扩展过程，并预测零件的寿命。
这种方法考虑了零件在运行过程中的应力分布、应力集中情况等因素，能够更好地揭示裂纹扩展的机理。
然而，这种方法需要大量的计算资源和时间，适用范围相对较窄。
疲劳裂纹扩展与寿命预测的研究具有重要的实际应用价值。
通过理解裂纹扩展的机理和规律，工程师们可以设计更加可靠和寿命长久的机械零件。
对于一些关键部件，如飞机发动机叶片和汽车发动机曲轴等，预测其寿命至关重要，以保障设备的安全和稳定运行。
除了工程应用外，对于材料科学和力学领域的研究人员而言，疲劳裂纹扩展与寿命预测是提高材料性能和开发新型材料的重要途径之一。
通过深入研究疲劳裂纹扩展机理，科学家们可以设计出更好的材料，改善机械零件的使用寿命和可靠性。
此外，对材料的疲劳行为进行预测也有利于降低工程成本和能源消耗，从而实现可持续发展的目标。
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。
橡胶材料疲劳损伤特性与寿命预测研究
橡胶材料疲劳损伤特性与寿命预测研究随着工业的不断进步和技术的不断革新，橡胶是一个非常重要的材料。
它被广泛应用于工业、医疗、汽车等领域。
然而，长期的使用和疲劳会导致橡胶材料疲劳损伤，甚至失效。
这种失效不仅会给工业生产带来影响，还会导致严重的安全问题。
因此，对橡胶材料的疲劳损伤特性和寿命预测进行研究非常必要。
一、橡胶材料的疲劳损伤特性疲劳损伤通常是材料在受到交变应力的情况下发生的，这种应力会引起材料内部的微观结构变化，进而导致宏观性能下降。
对于橡胶材料来说，弹性和结构是其最基本的性能。
所以，研究橡胶材料的疲劳损伤特性就必须了解其弹性和结构的变化情况。
橡胶材料的弹性特性与其内部结构和成分密切相关。
材料受到外界力的作用后，它的形变会影响其内部化学键，从而影响其物理性质。
当材料经过长期疲劳作用后，它的弹性便会发生变化。
此时，需要考虑材料的温度、湿度、化学环境等因素对其弹性的影响。
此外，还需要考虑它的外观形态对其弹性和结构的影响。
一些几何形状不良的橡胶零件更容易出现疲劳破坏。
对于橡胶材料的结构特性，主要与材料中弹性体和填充物的含量、相互作用以及其分布等因素有关。
一般来说，弹性体含量越高，橡胶材料的弹性越好；填充物含量越高，橡胶材料的硬度越大，但其强度和韧性会相应降低。
因此，需要考虑填充物的种类、粒度、分布等因素对橡胶材料的疲劳损伤特性的影响。
二、橡胶材料寿命预测研究橡胶材料疲劳寿命预测是指通过对橡胶材料的疲劳性能进行分析和测试，预测其在实际应用中的使用寿命。
在实际应用过程中，设计者通常会考虑材料的寿命和性能的平衡，以提高材料的使用效率。
因此，对于橡胶材料的寿命预测研究是非常必要的。
针对不同应用环境下的橡胶材料，通常考虑以下几个方面：1.受力模式：橡胶材料在不同受力方式下的疲劳寿命是不同的。
受力模式的不同会影响受力状况，从而导致疲劳损伤度和寿命不同。
2.受力频率：受力频率高的橡胶材料疲劳失效的速度快于受力频率低的橡胶材料。
探讨基于裂纹扩展的疲劳寿命预测
探讨基于裂纹扩展的疲劳寿命预测随着大型化、轻柔化的起重机运用趋势的发展，高强度钢的使用更为广泛，在裂纹扩展疲劳寿命领域上的更深入研究，才能确保起重机的金属结构在相关领域的应用中有更多的价值体现。
1 基于线弹性断裂力学（LEFM）的疲劳寿命方法采用科学的方法對其使用寿命进行准确的评估与预测，才能在保障安全的情况下最大程度地发挥使用价值。
但目前我国对有关起重机疲劳寿命知识的研究还不够多，在对其相关的要素进行结合分析以后再次进行预测：线弹性断裂力学疲劳寿命分析裂纹扩展速度的对应公式是，a表示裂纹长度，K表示应力强度因子，J为积分，G为能量释放率，根据以上公式可以对疲劳寿命进行预测。
由这个公式可以看出，寿命预测需要明确积分的上下线，也就是ai与af，而扩展速度模型f通常是未知的，进行寿命的预测时必须结合数值的解法得到一系列的 f 离散值，因此针对对应的f值做如何的计算以及积分，这些问题的解决都与寿命预测效率精度计算相关。
2 Kriging代理模型下的起重机疲劳寿命预测方法2.1 Kriging算法起源及算法公式Kriging算法最早是由南非矿业工程师D.G.Krige在其创作的论文中进行计算的一种方法，如果采用估算的方式得出结果，那么其结果基本上没有较大的偏差，所以才能较为准确地反映空间变量的情况，最终获取估算的精度，这种方式更适合使用在地理学或地质学等相应的工作上。
Kringing代理模型根据已知样本数据点用一个简单的估计模型y*（x）近似，表示为y（x）=y*（x）+ε（x），其中，x=[x1、x2……xi]为已知样本向量，ε（x）为近似与随机误差。
Kriging模型在其中的应用，如果对应的是样本点，那么结果不会产生较大偏差，在后续计算过程中还可估算方差，同时对积分步长进行调节，于是得到预期的精度。
2.2 Kriging代理模型在疲劳寿命控制微分中的应用表示疲劳裂纹扩展速率的常微分方程为f（a，K，J，G…），进行寿命的预测时，因为f（a，N，K）中应力强度因子作为裂纹长度a和复杂几何形状函数，如果采用解析表达式进行计算反而不容易，而上述关于疲劳寿命控制微分求解较难，且针对任何一个实际的结构，参量应力强度因子（SIF）只能对当前时刻的某一裂纹长度采用XFEM模型进行求解得到很多离散的SIF值。
疲劳裂纹扩展速率的统计分析及疲劳寿命的概率预测
图 4 给出了特定条件下疲劳寿命N 2logC 2m 的
图 3 概率密度函数 f (m , lgC ) 与 m , lgC 的关系 F ig. 3 T he relation sh ip betw een m , logC and p robab ilistic
图 4 疲劳寿命 N 与 m , logC 的关系
lgC = - 4. 005- 1. 546m
(4)
相关系数为 r= - 0. 995 005
由此证明了 lgC 与m 具有极强的相关性。结果
如图 2 所示。
3 Pa ris 公式中材料常数 C 与 m 分布规律
对 7 组试验结果进行回归分析, 得到 7 组 C、m 的值。 应用 K 2S 检验方法[8] 对 C、m 进行分布适应 性检验, 取显著水平 Α= 0. 05。由文献[ 8 ]表 6. 3 可 查得 K 2S 临界值D n, Α= D (7, 0. 05) = 0. 482 4, 检验 结果见表 1。
STAT IST IAL ANALY S IS O F FAT IGUE CRACK GROW TH RATE AND PRO BAB IL IST ICAL PRED ICT IO N O F FAT IGUE L IFET IM E
Z hou C hangy u
D ep a rtm en t of M echan ica l Engineering, N an jing U n iversity of Chem ica l T echno logy, N an jing, 210009, Ch ina
由表 1 结果可知, C 和 m 的统计值分别为 D C = 0. 237, D m = 0. 239, 均小于 D n, Α= D (7, 0. 05) = 0. 4824, 由此可见 C、m 均较好地分别服从对数正 态分布、正态分布。
橡胶材料疲劳寿命影响因素及研究方法综述
异的柔软性、绝缘性、耐磨性和阻隔性而广泛应用 于轮胎、胶管、减震器、密封件、输送带和橡胶坝等 制品中。这些橡胶制品常在周期性交变应力下使 用，因 此 橡 胶 材 料 的 耐 疲 劳 性 能 往 往 决 定 了 橡 胶 制 品 的 使 用 寿 命。 传 统 上，橡 胶 材 料 的 疲 劳 研 究
1 橡胶材料疲劳寿命的影响因素 1. 1 胶料配方
胶料配方是决定橡胶材料耐疲劳性能的关键 因素，一直是橡胶制品研发的重点。在结构、受力 条 件 和 使 用 环 境 等 一 定 的 情 况 下，橡 胶 制 品 的 疲 劳寿命与胶料配方设计息息相关，尤其是生胶、填 料、硫 化 剂 体 系 和 防 护 体 系 等 的 选 择 对 橡 胶 材 料 耐疲劳性能影响很大。 1. 1. 1 生胶
胶（NR）和丁苯橡胶（SBR）较差。 提高橡胶分子链的不饱和度可提高其耐热氧
老 化 性 能，如 HNBR 的 热 氧 稳 定 性 优 于 丁 腈 橡 胶 （NBR）[2]。 生 胶 的 相 对 分 子 质 量 和 分 子 结 构 对 橡 胶材料的耐疲劳性能有较大影响，J. Zhao等[3]研 究表明相对分子质量较低的SBR具有较好的耐疲 劳性能，顺式含量较高的顺丁橡胶（BR）耐疲劳性 能 较 好 ，原 因 是 应 变 诱 导 结 晶 延 迟 了 疲 劳 失 效 。 表1为 某 轮 胎 胎 侧 胶 配 方 比 较，正 常 配 方 试 样 在 屈 挠 试 验 中 屈 挠 1 5 万 次 时 发 生 裂 口 ，而 试 验 配 方 试 样 在 屈 挠 5 0 万 次 时 仍 未 出 现 裂 口 。 可 见 ，在 配 方中适当增大BR并用比有利于提高胎侧胶的耐 疲劳性能。
橡胶的化学微观结构[决定玻璃化温度（Tg）、 热 氧 稳 定 性 和 应 变 诱 导 结 晶[1]等]、相 对 分 子 质 量 及 支 链、内 部 杂 质 以 及 橡 胶 并 用 等 都 会 影 响 橡 胶 制 品 的 疲 劳 寿 命。 如 氟 橡 胶 和 氢 化 丁 腈 橡 胶 （HNBR）等特种橡胶的热氧稳定性较好，而天然橡
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中图分类号 ： Ｔ Ｑ ３ ３ ２ ； Ｕ ４ ６ ７ ． ４ ＋ ９ ７
文献标 志码 ： Ａ
文章编 号 ：１ ６ ７ ３ — ９ ８ ３ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ０ ０ ４ ８ — ０ ６
Ｐｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｆａ ｔ ｉ ｇ ｕｅ Ｃｒ ａ ｃ ｋ Ｇｒ ｏ ｗｔ ｈ Ｌｉ ｆ ｅ ｆ ｏ ｒ Ｒｕ ｂ ｂ ｅ ｒ Ｂｕｓ ｈ ｉ ｎ ｇ
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（ １ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｈｕ ｎ ａ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆＴ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｚｈ ｕ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｈｕ ｎ ａ ｎ ４１ ２ ０ ０ ７ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ； ２ ． Ｚ ｈ ｕ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｔｉ ｍｅ Ｎｅ ｗ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｃｏ ． ， Ｌｔ ｄ ． ， Ｚｈ ｕ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｈｕ ｎ ａ ｎ， ４ １ ２ ０ ０ ７ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
橡胶 球铰 疲劳 裂纹扩 展寿命预测
杨荣华 ，丁智平 ，黄友剑 ，ｌ 、 继玲 ，方建辉
（ １ ． 湖南 ｆ 业大学 机械Ｔ程学 院 ，湖南 株洲 ４ １ ２ ０ ０ ７；２ ． 株洲时代新 材料科技股份有限公司 ，湖南 株洲 ４ １ ２ ０ ０ ７）
摘 要 ：通过橡胶 纯剪 试样疲 劳裂纹扩 展试验 ，得 出了裂纹扩展 速率与撕 裂能之 间的 关 系；以单位撕 裂
ｂ ｕｓ ｈｉ ｎ ｇ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｆ ａ ｔ ｉ ｇ ｕ ｅ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ｓ ． Ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｆ ａ ｔ ｉ ｇ ｕ ｅ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｇ ｒ ｏ ｗｔ ｈ ｌ ｉ ｆ ｅ ｏ ｆ ｕｂ ｒ ｂ ｅ ｒ ｂｕ ｓ ｈ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｖ ｅ ｒ ｉ ｉｅ ｆ ｄ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｆ ａ ｔ ｉ ｇ ｕ ｅ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ ｔ ｅ ｓ ｔ ． Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｉ ｎ ｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｈａ ｔ ｔ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｉ ｓ ｎ ｏ ｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｄａ ｍａ ｇ ｅ ｏ ｃ ｃ ｕ ｒ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｕｂ ｒ ｂ ｅ ｒ ｂ ｕ ｓ ｈ ｉ ｎ ｇ ａ ｆ ｔ ｅ ｒ ２ ｍｉ ｌ ｌ ｉ ｏ ｎ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ｓ ｏ ｆ ｆ ａ ｔ ｉ ｇ ｕ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ， ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｓ ｃ ｏ ｉ ｎ ｃ ｉ ｄ ｅ ｎ ｔ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｅ ｄ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ． Ｋｅ ｙｗｏ ｒ ｄｓ：ｒ ｕｂ ｂ ｅ ｒ ｂ ｕ ｓ ｈ ｉ ｎ ｇ； ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｇ ｒ ｏ ｗｔ ｈ； ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｒ ｅ ｌ ｅ ａ ｓ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ；ｆ ａ ｔ ｉ ｇ ｕ ｅ ｌ ｉ ｆ ｅ
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第２ ７ 卷 第２ 期
２ ０ １ ３ 年３ 月
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Ｖ０１ ． ２ ７ Ｎｏ－ ２
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能范 围为损 伤参 量 ，建立 了复杂应 力状 态下的橡胶疲 劳裂 纹扩展 寿命 预测模 型 。 基 于 ＡＢ ＡＱＵＳ有限元 结构 分析 和橡胶 材 料等 效应 力计 算 方法 ，得 出橡 胶球 铰在 疲 劳载荷 下的单位 撕 裂能 范 围 ；对橡 胶球铰 的疲 劳裂 纹扩展 寿命进行 分析预测 ，并 通过产 品 台架疲 劳 实验进行 验证 ，结果表 明橡胶 球铰 经过 ２ ０ ０万次疲 劳试 验后 无 明显 裂纹 ，没 有发 现 失效破 坏 ，与寿命 预 测值 基本 吻合 。