基于试验数据的气缸疲劳寿命预测
基于瞬态分析的柴油机活塞疲劳寿命预测
基于瞬态分析的柴油机活塞疲劳寿命预测何盼攀;刘建敏;王普凯;刘艳斌;康琦【摘要】Taking the piston of turbocharged diesel engine as the research object ,the FEA model of crank and connecting rod mechanism and cylinder assembly was built and the stress distribution of piston was calculated under thermal load ,mechanical load and thermal and mechanical coupling load .Then the thermal and mechanical coupled stress field was used as fatigue load and the fatigue life of piston was computed according to nominal stress approach .The results show that the short life region was the upper part inside piston pin boss .In this area ,the minimum cycle is 8 .823 × 107 or around 1470 .5 h .Accordingly ,the structure of piston is reasonable and can meet the application requirements of diesel engine .%以某增压柴油机活塞为研究对象,建立了由曲柄连杆机构和缸套组成的装配体有限元模型,计算了活塞在热载荷、机械载荷和热-机耦合作用下的应力分布,在此基础上将计算得到的热-机耦合应力场作为疲劳载荷,采用名义应力法对活塞进行疲劳寿命计算.结果表明:活塞的短寿命区域出现在活塞销座内侧上部,最低循环次数为8.823×107次,折合1470.5 h.从计算结果看,活塞的结构较为合理,能满足柴油机的使用要求.【期刊名称】《车用发动机》【年(卷),期】2017(000)005【总页数】7页(P57-63)【关键词】柴油机;活塞;瞬态分析;热-机耦合;疲劳寿命【作者】何盼攀;刘建敏;王普凯;刘艳斌;康琦【作者单位】装甲兵工程学院机械工程系,北京 100072;装甲兵工程学院训练部,北京 100072;装甲兵工程学院机械工程系,北京 100072;装甲兵工程学院机械工程系,北京 100072;装甲兵工程学院机械工程系,北京 100072【正文语种】中文【中图分类】TK423.33随着柴油机强化程度的不断提高，柴油机各部件承受的负荷不断增加，特别是对于活塞而言，不仅受到瞬变的高温燃气作用，而且承受着冲击性的高频机械载荷，在由此产生的热-机耦合应力的反复作用下，活塞容易出现疲劳失效。
机械零件的疲劳与寿命预测研究
机械零件的疲劳与寿命预测研究引言机械零件的疲劳寿命预测是现代工程学中的重要课题之一。
在高速、高负荷、长期运行的工况下，机械零件容易发生疲劳破坏，从而影响机械设备的安全性和可靠性。
因此，准确预测机械零件的疲劳寿命对于提高机械设备的使用寿命和可靠性具有重要意义。
一、疲劳与机械零件寿命疲劳是材料在交变载荷下发生的渐进性断裂现象，是机械零件在工作过程中最常见的失效形式之一。
在机械设备运行中，由于外界作用力的不断作用，机械零件会产生应力的集中和周期性变化，进而引发疲劳失效。
因此，了解机械零件的疲劳行为以及寿命预测具有重要意义。
二、疲劳损伤累积理论疲劳损伤累积理论是预测机械零件疲劳寿命的基础。
根据这一理论，机械零件在每一个疲劳循环中都会产生一定的损伤，这些损伤会逐渐累积，最终导致零件失效。
通过对零件在不同载荷下的应力-循环次数曲线进行分析，可以预测零件的疲劳寿命。
此外，还可以通过应力集中系数、材料的疲劳强度等参数来预测疲劳寿命。
三、常用的疲劳寿命预测方法1. 经验公式法经验公式法是疲劳寿命预测的一种简单有效的方法。
该方法基于历史数据和经验公式，通过分析零件的应力、载荷等参数，得到疲劳强度系数和载荷振幅系数，从而得出零件的疲劳寿命。
然而，由于该方法基于经验公式，其精度有限，容易受到应力分布和加载历史的影响。
2. 基于材料力学的方法基于材料力学的方法是一种物理模拟的疲劳寿命预测方法。
该方法通过材料的断裂力学性能和疲劳性能来预测零件的疲劳寿命。
该方法准确性较高，但需要大量的试验数据和复杂的分析方法来确定材料的力学性能参数。
3. 有限元法有限元法是一种基于数值模拟的疲劳寿命预测方法。
该方法通过建立机械零件的有限元模型，分析其受力状态和应力分布，进而预测零件的疲劳寿命。
该方法能够更准确地模拟零件在复杂载荷下的应力分布，但需要耗费大量的计算资源。
四、疲劳寿命预测的挑战与发展方向疲劳寿命预测仍然存在一些挑战，例如模型的精度和复杂性，以及材料参数的准确性等。
基于低周热疲劳试验条件的活塞寿命预测研究
万方数据１２２胡定云等：基于低周热疲劳试验条件的活塞寿命预测研究第２期表１活塞材料热属性图２活塞的网格２．２，２边界条件活塞的低周热疲劳试验，是通过激光把活塞加热到特定的温度分布，激光卸载时配合通水、通气强制冷却方式加速活塞的热疲劳。
三个环形区域为激光加载区域，如图３所示。
预热时Ⅸ域１—３的热流密度分别为２０３．１啪，ｍ２、２．５２Ｗ／ｍ２，６８７，９ｗ＾ｎ２，以后每次加热的热流密度为预热时的１．５倍，试验中活塞区域３的加热预设温度为３００。
Ｃ，冷却预设温度为１７０＂Ｃ，加热时间为２１０ｓ，强制冷却时间为ｌＯｓ。
活塞有限无数值仿真寿命预测与活塞激光热负荷的热边界条件一致，为了量化其边界条件，采用有限元迭代反求方法闭，求出各边界的具体热物性参数，如表２所示。
图３激光加载位鼍示意图表２活塞热边界条件３模拟结果和讨论活塞顶面激光加载区域３内某特征点的温度变化，如图４所示。
冷却过程中，该点温度在通水通气条件下迅速冷却，下降速率是先快后慢（下凹分布）；加热过程中，其温度上升，上升速率是先快后慢（上凸分布），这与试验结果（如图７）及文献１＂３１的观点一致。
活塞内腔某特征点的Ｖｏｎ－ｍｉｓｅ应力变化，如图５所示。
其应力在冷却过程中急剧变化，应力先增大后减小，极值约为２４０ＭＰａ；在加热过程中应力先减小至冷却前的状态并保持至加热结束，最终应力约为２０ＭＰａ。
将有限元计算结果导入到ＦＥ—Ｆａｔｉｇｕｅ软件中使用其Ｅ—Ｎ法计算出活塞寿命分布，寿命分布，如图６所示。
活塞破坏位置在冷却油道与活塞内腔过渡圆角处，循环寿命为１８．２次。
￡３００．芒§２５０．盘２００．１５０．５０．１００．１５０．２００．Ｔｉｍｅ（ｓ）图４特征点温度变化曲线Ｔｉｍｅ（ｓ）图５特征点Ｖｏｎ—ｒａｉｓｅ应力变化曲线图６活器疲劳寿命分布４试验验证采用和数值模拟相同的热边界条件在激光热负荷试验台上做活塞低周热疲劳试验，监测点温度变化，如图７所示。
发动机缸盖热机械疲劳及寿命预测研究
发动机缸盖热机械疲劳及寿命预测研究龚伟国㊀王艳军㊀陈㊀明㊀(上海汽车集团股份有限公司技术中心/上海市汽车动力总成重点实验室ꎬ上海２０１８０４)ʌ摘要ɔ㊀缸盖作为发动机的关键组成部件ꎬ使用工况较复杂ꎬ容易发生热机械疲劳(ＴＭＦ)失效ꎬ其疲劳强度特性的优劣直接影响发动机的寿命ꎮ文章针对发动机开发过程中缸盖开裂的工程问题ꎬ建立了缸盖高周疲劳(ＨＣＦ)和低周疲劳(ＬＣＦ)计算模型ꎬ综合分析缸盖开裂的原因ꎮ根据发动机热冲击试验规范计算了缸盖的瞬态温度场ꎬ以反映实际试验中金属温度场情况ꎻ进行了缸盖ＴＭＦ材料属性测试ꎬ得到了等温低周疲劳数据ꎻ同时在ＴＭＦ计算模型中考虑了蠕变㊁氧化㊁硬化和软化等因素ꎮ计算结果表明ꎬ该缸盖局部存在寿命较低的情况ꎬ位置与试验中缸盖开裂位置吻合ꎻ经过局部结构优化ꎬ寿命达到设计要求ꎬ并通过了试验验证ꎬ解决了该缸盖的开裂问题ꎬ为后续开发提供了技术保障ꎮʌＡｂｓｔｒａｃｔɔ㊀Ａｓａｋｅｙｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｔｈｅｅｎｇｉｎｅꎬｔｈｅｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗｉｌｌｌｅａｄｔｏｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｍｅｃｈａｎｉｃａｌｆａｔｉｇｕｅ(ＴＭＦ)ｆａｉｌｕｒｅꎬｗｈｉｃｈｄｉｒｅｃｔｌｙａｆｆｅｃｔｓｔｈｅｌｉｆｅｓｐａｎｏｆｔｈｅｅｎｇｉｎｅ.Ｉｎｏｒ￣ｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｃｙｌｉｎｄｅｒｈｅａｄｃｒａｃｋｉｎｇｉｓｓｕｅｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｅｎｇｉｎｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔꎬｂｏｔｈｔｈｅｈｉｇｈｃｙｃｌｅｆａｔｉｇｕｅ(ＨＣＦ)ａｎｄｌｏｗｃｙｃｌｅｆａｔｉｇｕｅ(ＬＣＦ)ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｓａｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ.Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｅｎ￣ｇｉｎｅｔｈｅｒｍａｌｓｈｏｃｋｔｅｓｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓꎬｔｈｅｔｒａｎｓｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｏｆｃｙｌｉｎｄｅｒｈｅａｄｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｔｏｒｅ￣ｆｌｅｃｔｔｈｅａｃｔｕａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ.ＩｓｏｔｈｅｒｍａｌｌｏｗｃｙｃｌｅｆａｔｉｇｕｅｄａｔａａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｔｈｅＴＭＦｍａｔｅｒｉａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｔｅｓｔꎬａｎｄｔｈｅｃｒｅｅｐꎬｏｘｉｄａｔｉｏｎꎬｈａｒｄｅｎｉｎｇａｎｄｓｏｆｔｅｎｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｓａｒｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｉｎｔｈｅＴＭＦｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｙｌｉｎｄｅｒｈｅａｄｈａｓａｌｏｗｌｉｆｅｓｐａｎｉｎｓｏｍｅａｒｅａꎬｗｈｉｃｈｉｓｔｈｅｓａｍｅｗｉｔｈｔｈｅｃｒａｃｋｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｔｈｅｔｅｓｔ.Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｙꎬｔｈｅｅｎｇｉｎｅｐａｓｓｅｓｔｈｅｔｅｓｔａｎｄｔｈｅｃｙｌｉｎｄｅｒｈｅａｄ'ｓｃｒａｃｋｉｎｇｉｓｓｕｅｉｓｓｏｌｖｅｄ.ʌ关键词ɔ㊀缸盖㊀瞬态分析㊀塑性应变㊀高周疲劳㊀低周疲劳ｄｏｉ:１０ ３９６９/ｊ ｉｓｓｎ.１００７￣４５５４.２０１９.０５.０５０㊀引言缸盖是发动机的一个重要部件ꎬ工作环境温度极高ꎬ缸内燃气温度瞬间可达２１００ħ左右ꎬ由于发动机的实际运行工况不断变化而承受冷热交变冲击ꎬ缸盖的金属温度可以在混合气体燃烧的作用下从－２０ħ短时间内升高至２５０ħꎬ反之也可以快速冷却ꎮ同时ꎬ随着市场对发动机排放㊁油耗以及升功率等指标的要求日趋严苛ꎬ导致发动机的压缩比和缸内气体压力越来越高ꎮ因此ꎬ缸盖在工作过程中热负荷高㊁散热差㊁温度变化急剧ꎬ极易引起热机械疲劳(ＴＭＦ)从而产生开裂问题[１]ꎮ在国内ꎬ由于缺乏缸盖铸铝材料的低周疲劳特性数据ꎬ并且没有掌握低周疲劳分析方法和评收稿日期:２０１９－０１－１７价标准ꎬ因此ꎬ关于缸盖机械热疲劳的研究比较薄弱ꎬ未见突破性成果ꎮ本文运用有限元中瞬态热传导方法模拟发动机工作过程中缸盖的热负荷变化情况ꎬ得到贴近实际情况的缸盖金属温度变化情况ꎬ然后将温度场数据插值到瞬态非线性热应力计算中ꎬ以便模拟缸盖在试验工况下的塑性变形情况和热机械疲劳特性ꎮ有限元模型包括缸盖㊁螺柱㊁螺母㊁垫片和机体㊁增压器㊁缸套㊁气门座圈以及气门导管等ꎮ分析中使用基于试验数据的缸盖弹塑性材料属性ꎬ进行了瞬态温度场分析㊁热应力分析㊁高周疲劳计算和ＴＭＦ分析等多种计算方法ꎮ计算结果表明ꎬ缸盖排气道局部刚度不足是缸盖开裂的一个主要原因ꎬ其引起高周疲劳安全系数降低及ＴＭＦ寿命降低的两个因素又共同作用导致了开裂的发生ꎮ分析结果与裂纹试验中缸盖开裂漏水位置吻合ꎮ通过对缸盖排气道的优化改进ꎬ最终解决了缸盖开裂漏水的复杂问题ꎮ计算流程如图１所示ꎬ缸盖开裂位置为第二缸排气道ꎬ如图２所示ꎮ１㊀瞬态温度场计算１.１㊀ＣＦＤ计算ＣＦＤ计算采用ｋ－ε紊流模型ꎬ按照发动机额定功率工况进行模拟ꎬ得到缸盖火焰面及气道表面的气体温度及传热系数ꎬ如图３所示ꎻ得到缸盖机体水套表面的冷却液温度及传热系数ꎬ如图４㊁图５所示ꎮ１.２㊀ＦＥＡ热传导计算１.２.１㊀计算模型及边界条件将ＣＦＤ计算出的流体热膜温度及传热系数作为边界条件ꎬ通过Ａｂａｑｕｓ软件中的Ｓｕｒｆａｃｅ方法赋值到有限元热传导计算模型中ꎬ设置各部件之间的连接关系及其导热参数ꎮ考虑缸盖外表面的热辐射效应和空气的对流效应ꎬ在缸盖外表面及缸盖机体油道采用第一类边界条件ꎬ在缸盖水套㊁气道及火焰面表面采用第二类边界条件[２]ꎮ传热计算公式为∂Ｔ∂ｔ＝ａ∂２Ｔ∂ｘ２＋∂２Ｔ∂ｙ２＋∂２Ｔ∂ｙ２()＋ ωｃρ(１)图１㊀计算流程图图２㊀缸盖开裂区域式中:ａ为导热系数ꎻＴ为温度ꎻ ω为单位体积释放出的热量ꎻｃ为比热ꎻρ为密度ꎻｔ为时间ꎮ第一类边界条件为Ｔ＝ＴＢ(ｔ)(２)第二类边界条件为图３㊀缸盖火焰面及气道表面气体温度及传热系数图４㊀缸盖水套表面温度图５㊀缸盖水套传热系数λ∂Ｔ∂ｘｌｘ＋λ∂Ｔ∂ｙｌｙ＋λ∂Ｔ∂ｚｌｚ＝－β(Ｔ－ＴＣ)(３)式中:λ为传热系数ꎻβ为表面放热系数ꎻｌｘ㊁ｌｙ㊁ｌｚ为边界表面外法线方向余弦ꎮＦＥＡ热传导计算的工况按照图６所示的热冲击循环工况进行模拟ꎮ热传导计算模型如图７所示ꎮ１.２.２㊀温度场结果图８为额定功率工况下得到的缸盖金属温度场结果ꎮ由图可知ꎬ火焰面缸盖金属最高温度点位于第二缸排气鼻梁区ꎬ达到２５６ħꎬ高于其他缸ꎮ其原因为第一和第三缸燃烧均会将热量传递到第二缸ꎬ且该处水流速度略低于其他缸ꎮ图９为模拟热冲击试验工况下的缸盖排气道瞬态温度场结果ꎮ１.２.３㊀温度场试验验证在缸盖上打孔埋入热电偶ꎬ测量其额定功率图６㊀热传导计算循环工况图７㊀热传导计算模型图８㊀缸盖温度场结果稳态工况下燃烧室火焰面的金属表面温度ꎮ待温度数值稳定后ꎬ记录数据ꎮ由于热电偶距离燃烧室的表面有２ｍｍ距离ꎬ故需按温度梯度推算出燃烧室的表面温度ꎮ测试结果表明ꎬ由于测试值与计算值相近ꎬ认为温度场计算模型准确可靠ꎬ可用于后续的热固耦合分析ꎬ如图１０所示ꎮ２㊀疲劳计算２.１㊀低周疲劳材料参数测试图９㊀缸盖排气道瞬态温度场结果图１０㊀温度场测试结果与计算值对比采用先进的高温材料测试及数据测量系统开展一系列的缸盖本体取样的材料试验研究ꎮＭＴＳ３７０.０２Ｂｉｏｎｉｘ试验机以力控模式使试样承受载荷作用ꎬ通过视频引伸计测试试样的轴向应变直至试样发生断裂破坏ꎮ如图１１所示ꎬ通过不同温度下铸铝材料的单向拉伸性能测试㊁不同温度下的等温低周疲劳性能测试㊁不同温度下的高温蠕变性能测试以及铸铝材料的机械热疲劳测试等ꎬ获得了比较完整的发动机缸盖铸铝材料的机械热疲劳材料数据ꎬ如图１２㊁图１３所示ꎮ图１１㊀低周疲劳试验设备及应变测量图像采集系统２.２㊀瞬态热固耦合应力分析以热传导得到的温度场结果为边界条件ꎬ插值到应力计算模型中ꎬ叠加该模型所受到的机械图１２㊀２５ħ铸铝合金的应力－应变滞回曲线图１３㊀２００ħ铸铝合金的低周疲劳寿命曲线载荷ꎬ进行热固耦合计算ꎬ其基本方程为{δ}＝[Ｋ]{Ｒｔ}(４)[σ]＝[Ｄ]{[Ｂ]{δ}－{ε０}}(５)式中:[Ｋ]为总体刚度矩阵ꎻ[Ｄ]为弹性矩阵ꎻ[Ｂ]为应变矩阵ꎻ{Ｒｔ}为总体载荷矩阵ꎻ[σ]为节点应力矩阵ꎮ热固耦合计算模型包括缸盖㊁缸体㊁涡轮增压器蜗壳㊁３个垫片㊁螺栓和支架等ꎮ垫片与各部件之间压紧面必须定义为Ａｂａｑｕｓ软件中的Ｃｏｎｔａｃｔｐａｉｒꎬ其余部件之间可定义为Ｃｏｎｔａｃｔｔｉｅｄ或者Ｔｉｅꎬ垫片施加压缩回弹属性ꎮ所有模型均采用塑性材料属性ꎮ高周疲劳应力计算共分为７个步骤:(１)施加螺栓预紧力ꎬ(２)固定螺栓长度ꎬ(３)施加额定功率工况下的整机温度载荷ꎬ(４)~(７)依次按照发火顺序施加混合气燃烧爆发压力ꎮ提取开裂位置随温度变化的应力历程(见图１４)ꎮ图１４㊀排气道温度应力时间历程依据发动机热冲击试验循环工况ꎬ低周疲劳应力计算采用瞬态计算ꎬ需要进行５个循环ꎬ每个循环的时间为３００ｓꎬ每个循环可以分为升温㊁高温恒温㊁降温和低温恒温４个阶段ꎮ升温的最高温工况选取额定功率工况ꎬ降温的最低温工况选取怠速工况ꎮ在计算瞬态应力时ꎬ需要在第３个点循环的高温保持阶段考虑３０ｈ的应变老化ꎬ模拟发动机台架磨合工况ꎮ计算稳定后的最后一个循环用于缸盖排气道的热机械疲劳寿命评估ꎬ循环工况如图１５所示ꎮ图１５㊀低周疲劳应力计算循环工况２.３㊀高周疲劳计算热固耦合应力计算完成后ꎬ采用额定功率点加热工况及各缸发火工况作为循环工况ꎬ在Ｆｅｍ￣ｆａｔ软件中进行高周疲劳计算ꎬ提取第一㊁二缸高周疲劳结果ꎬ如图１６所示ꎮ２.４㊀低周疲劳计算Ｍａｎｓｏｎ￣Ｃｏｆｆｉｎ模型描述了在机械热载荷作用下塑性应变与热机械疲劳寿命之间的关系ꎬ适用于低周疲劳的情形ꎬ在学术界与工程界均有广泛的使用ꎮ材料的应变寿命曲线表示为Δε２＝σｆᶄＥ(２Ｎｆ)ｂ＋εｆᶄ(２Ｎｆ)ｃ(６)式中:Δε为应变幅ꎻＮｆ为循环寿命次数ꎻσｆᶄ为疲图１６㊀原方案高周疲劳安全系数劳强度系数ꎻｂ为疲劳强度指数ꎻεｆᶄ为疲劳塑性系数ꎻｃ为疲劳塑性指数ꎮＣｏｆｆｉｎ认为在高温疲劳中主要的损伤由塑性应变引起ꎬ但是在高温疲劳的过程中还存在蠕变作用ꎬ频率效应明显ꎮ为了用常温下的Ｍａｎｓｏｎ￣Ｃｏｆｆｉｎ公式描述高温下的疲劳蠕变ꎬ在Ｅｃｋｅｌ和Ｃｏｌｅｓ等提出的 频率－时间 参数的基础上ꎬＣｏｆ￣ｆｉｎ提出将高温下的相关损伤利用频率因子引入寿命方程ꎬ即Δεｐ＝Ｃ(Ｎｆｆ(ｋ－１))β(７)式中:Ｃ㊁ｋ㊁β为材料常数ꎻｆ为频率ꎻΔεｐ为塑性应变ꎻＮｆ为疲劳寿命ꎮ在机械热疲劳试验中ꎬ由于在循环过程中频率恒定ꎬ可认为是常数ꎬ因此频率修正法可简化为Δεｉｎ＝Ｃ１(Ｎｆ)β(８)式中:Δεｉｎ为非弹性变形ꎮ采用Ｆｅ￣ｓａｆｅ/ＴＭＦ模块进行热机械疲劳分析ꎬ主要考虑以下几个方面:(１)考虑变化的温度和应力对结构的影响ꎬ进行快速㊁精确的疲劳寿命分析ꎻ(２)考虑应变率和瞬态温度对循环应力－应变响应的影响ꎻ(３)考虑瞬态温度对应变－寿命曲线的影响ꎻ(４)考虑在每个循环中的应力和温度的相位关系的影响ꎻ(５)考虑体积应力松弛ꎻ(６)考虑应变老化对疲劳强度的影响ꎮ采用低周疲劳应力计算结果的最后一个循环作为输入ꎬ计算出原方案应力随温度的变化历程和低周疲劳循环寿命情况ꎬ如图１７㊁图１８所示ꎮ图１７㊀原方案第二缸应力变化时间历程图１８㊀原方案低周疲劳循环寿命３㊀计算结果分析(１)对于缸盖金属温度场ꎬ采用瞬态温度场计算方法进行预测ꎬ可得到与实际热冲击试验相近的结果ꎬ为后续热固耦合计算提供较为精确的边界条件ꎮ在原方案中ꎬ开裂位置温度最高为１７４ħꎬ该处虽然承受着第二缸各支管高温燃气的直接冲击ꎬ但该处水套对其冷却良好ꎬ其金属温度不超过铝合金材料本身的许用极限ꎬ由单纯热负荷导致的过热开裂风险较小ꎮ(２)对于高周疲劳ꎬ在原方案中ꎬ如图１６所示ꎬ第二缸开裂区域最低安全系数为１.０３ꎬ低于设计标准ꎬ与试验实际开裂位置相符ꎻ其余各缸相同位置安全系数均高于设计标准ꎬ满足要求ꎬ在试验中未发现开裂现象ꎮ其原因为第二缸开裂位置刚度较低ꎬ故平均压应力较高ꎬ应力幅值也较高ꎬ使得疲劳安全系数较低ꎻ同时该处金属温度比其他缸高ꎬ结合温度及应力修正法则来看ꎬ该处材料性能较其他缸有所下降ꎬ使得第二缸开裂位置的高周疲劳安全系数低于其他缸相同位置ꎬ导致在试验中出现裂纹ꎮ故必须优化局部结构ꎬ增强其刚度以减少局部应力集中ꎬ使缸盖在高温高负荷工况和低负荷工况的转换过程中ꎬ开裂区域平均应力下降的同时ꎬ应力幅值也随之下降ꎬ以便提高该处的高周疲劳安全系数ꎮ在优化方案中ꎬ在提高开裂区域厚度的同时增大了曲率半径ꎬ使得该处刚度增强以抵抗热变形ꎮ计算结果表明ꎬ优化方案中第二缸开裂位置的高周疲劳安全系数为１.６３ꎬ比原方案提升５８％ꎬ高于设计标准ꎬ满足设计要求ꎬ如图１９㊁图２０所示ꎮ图１９㊀优化方案安全系数图２０㊀优化方案与原方案安全系数对比(３)对于低周疲劳ꎬ在原方案中ꎬ开裂位置最低Ｌｏｇ循环寿命为２.６ꎬ即可承受低周疲劳试验循环数为３９９次(见图１８)ꎬ远低于设计标准ꎬ不满足要求ꎮ其他区域寿命均高于设计标准ꎬ与试验中的失效情况高度吻合ꎮ其原因是开裂位置刚度较低ꎬ使得该处随时间变化的应力幅值较大ꎬ在加热阶段表现为压应力为主要应力形式ꎬ在冷却阶段表现为拉应力为主要应力形式ꎮ经过不停的拉压变化ꎬ综合热应变㊁弹性应变和粘塑性应变等多种应变的共同作用ꎬ累积塑性应变幅较大ꎬ导致该处寿命偏低ꎬ且大幅低于其他各缸相同位置ꎮ故需优化局部结构ꎬ增强其刚度以便增强该处抵抗热变形和机械变形的能力ꎬ使得该处在高温高负荷工况和低温低负荷工况交替变化的过程中ꎬ开裂区域应变幅值下降的同时ꎬ减少粘塑性应变的累积ꎬ以便提高该处的低周疲劳循环寿命ꎮ经过结构优化后ꎬ相应开裂区域的低周疲劳Ｌｏｇ循环寿命提高到４.５８ꎬ即可承受低周疲劳试验循环数为３８１１８次ꎬ比原方案提高７７％ꎬ远高于设计标准ꎬ满足要求ꎮ如图２１所示ꎬ应变幅值大幅减小ꎻ如图２２㊁图２３所示ꎬ低周疲劳寿命循环次数大幅提高ꎮ图２１㊀优化方案应力变化时间历程图２２㊀优化方案低周疲劳循环寿命图２３㊀优化方案与原方案低周疲劳寿命对比４㊀结语通过对缸盖原方案进行高周疲劳和ＴＭＦ模拟分析ꎬ发现缸盖排气道开裂位置的高周疲劳安全系数较低ꎬ同时ＴＭＦ循环寿命也较低ꎬ开裂失效风险极大ꎬ与实际试验情况相符ꎮ缸盖局部刚度不足是出现开裂的主要原因ꎮ经过局部结构优化后ꎬ高周疲劳安全系数大幅提高ꎬＴＭＦ循环寿命也大幅提高ꎬ各项指标均高于ＣＡＥ标准ꎬ改进方案满足设计要求ꎬ也顺利通过各项耐久试验ꎮ缸盖在实际发动机运行过程中出现开裂情况ꎬ是高周疲劳与低周疲劳共同作用导致的ꎬ单纯考虑高周疲劳不考虑低周疲劳不足以反映真实的缸盖运行工况ꎬ只有将二者相结合ꎬ才能使设计满足要求ꎮ通过该项目的成功实践ꎬ积累了增压发动机缸盖设计分析的相关方法和数据ꎬ为后续机型开发提供了技术保障ꎮ参考文献[１]㊀赵帅帅ꎬ陈永祥ꎬ贾业宁ꎬ等.基于修正Ｃｏｆｆｉｎ－Ｍａｎｓｏｎ模型的加速寿命试验设计与评估[Ｊ].强度与环境ꎬ２０１３ꎬ４０(４):５２￣５８.[２]㊀胡定云ꎬ陈泽忠ꎬ温世杰ꎬ等.某柴油机气缸盖疲劳的可靠性预测[Ｊ].车用发动机ꎬ２００８(６):３８￣４０.。
超高压压缩机气缸联结螺栓疲劳寿命预测
从螺栓断口宏观分析及微观金相分析可确定, 该螺栓系因长期服役,在交变循环载荷作用下发生 的低应力高周疲劳断裂，螺栓承受的是高载荷拉拉疲劳应力,其疲劳辉纹由塑性撕裂峰组成$
2螺栓疲劳寿命预测方法分析 2.1 名义应力应变法
名义应力应变法理论认为，对于相同材料制 成的任意构件,只要应力集中系数相同,载荷谱相 同,则疲劳寿命相同$由于名义应力应变法以构件 的名义应力和应力集中系数为 参 考 系数 , 因 此 应 用该法估算构件的疲劳寿命时，首先需要找到应 力集中部位的等效应力最大点 , 即 确定构 件 中 的 疲劳危险部位，求出危险部位的名义应力和应力 集中系数，再根据结构的载荷谱求出该部位的名 义应力谱,最后根据材料的S-N曲线,应用疲劳 累积损伤理论,计算出危险部位的疲劳寿命$名义 应力应变法原理简单,理论成熟,工程应用广泛, 但其基本假设与疲劳机理不符$相关试验表明,金 属材料的疲劳是疲劳源附近材料反复塑性变形的 结果，名义应力应变法未考虑缺口根部局部塑性
Abstract: During the production phase of ethylene unit in a petrochemical company,a high strength
coupling bolt on the secondary cylinder of ultra-high pressure compressor fractured. It was determined that the coupling bolt fracture was caused by the fatigue fracture of the bolt under the action oflong-term highfrequency cyclic loading, on the basis of macro morphology analysis and micro metallographic image of the fractured coupling bolt. The modified local stress —strain method was used to predict the fatigue life of the remaining bolts. The nonlinear contact analysis of two-dimensional model ofbolted structure was carried out based on ABAQUS. The results show that there is an obvious stress concentration near the bottom fillet ofthe first tooth root. The total strain life curve equation of bolt material was obtained by fatigue experiments. Accordingto the results ofnumerical simulation and fatigue experiment, the fatigue life ofthe remaining bolts is predicted to be 21.3 years.
机械系统的疲劳寿命预测与评估
机械系统的疲劳寿命预测与评估机械系统的疲劳寿命预测与评估是一个重要而复杂的问题，对于保障机械设备的安全运行和提高设备的可靠性至关重要。
疲劳是由于物体长期受到交变载荷作用而导致的材料损伤累积，最终导致断裂失效。
因此，准确预测和评估机械系统的疲劳寿命对于设计合理的设备和维护保养具有重要意义。
首先，疲劳寿命预测需要深入了解材料的疲劳性能和工作环境的载荷状况。
材料的疲劳性能可以通过实验获取，主要包括S-N曲线（应力幅-寿命曲线）、极限疲劳极限强度等参数。
而工作环境的载荷状况则需要通过现场监测或者工作条件模拟得到。
在预测疲劳寿命时，需要将实际载荷转化为等效载荷，以便与材料的疲劳性能进行对比。
这一过程需要考虑载荷的频率、幅值、工况和载荷历史等因素。
其次，疲劳寿命预测还需要考虑材料的疲劳裕度和设计的可靠性因素。
疲劳裕度是指在实际工作状态下，材料的实际寿命与预测寿命之间的差异。
材料的疲劳裕度可以通过实验和经验推导得到，代表了设计方案的合理性和设备的可靠性。
而设计的可靠性因素包括安全系数、安装质量、工作环境、维护保养等各方面因素，是评估设备性能和效果的重要指标。
此外，疲劳寿命评估还需要考虑不同载荷下的疲劳断裂失效模式和对应的评估方法。
在不同载荷作用下，材料的疲劳断裂失效模式可能存在差异。
常见的疲劳断裂失效模式包括裂纹萌生、扩展、联合疲劳等。
对于不同的疲劳断裂失效模式，可以采用断裂力学、损伤力学、弹塑性力学等方法来进行评估。
通过合理选择评估方法和建立相应的模型，可以更准确地预测和评估机械系统的疲劳寿命。
此外，疲劳寿命预测与评估还需要不断优化和改进方法，提高预测和评估的准确性。
随着材料科学、疲劳理论和计算力学等领域的不断发展，疲劳寿命预测和评估方法也在不断更新与完善。
例如，基于有限元分析的疲劳寿命预测方法可以更有效地模拟疲劳载荷对于系统的影响，并提供更准确的疲劳寿命预测结果。
此外，结合统计学和人工智能等方法，可以更好地分析和预测疲劳寿命，提高设备的可靠性和安全性。
基于最大切应变幅和修正SWT参数的多轴疲劳寿命预测模型
基于最大切应变幅和修正SWT参数的多轴疲劳寿命预测模型吴志荣;胡绪腾;宋迎东【期刊名称】《机械工程学报》【年(卷),期】2013(49)2【摘要】工程中的大多构件承受着复杂的载荷形式,将单轴疲劳模型应用到多轴载荷情况已不能满足工程精度的要求,多轴载荷下的疲劳寿命计算日益引起人们的重视。
基于临界平面的思想,结合Fatemi-Socie(FS)模型和Smith-Watson-Topper(SWT)参数各自的优点,提出一种新的多轴疲劳寿命预测模型。
该模型以最大切应变幅与最大切应变幅平面上修正SWT参数的和作为多轴疲劳损伤控制参量,此参量可以同时考虑非比例附加循环硬化和平均应力对材料多轴疲劳寿命的影响,能同时适用于比例和非比例加载下的多轴疲劳问题。
采用纯钛Ti、BT9钛合金、304不锈钢、S45C钢和1045HR钢5种材料多轴疲劳试验数据对提出的模型进行评估和验证,对几种材料比例和非比例加载下的多轴疲劳寿命预测结果大都分布在试验结果的2倍分散带之内,结果表明提出的多轴疲劳寿命模型具有较高的预测精度。
【总页数】8页(P59-66)【关键词】多轴疲劳;比例与非比例加载;临界平面寿命预测【作者】吴志荣;胡绪腾;宋迎东【作者单位】南京航空航天大学能源与动力学院;南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室【正文语种】中文【中图分类】O346;TH114【相关文献】1.基于最大应变能密度幅值的胎圈疲劳寿命预测方法 [J], 曹雷天;王国林;梁晨;柏林;王伟斌2.多轴载荷下基于权平均最大剪切应力临界面的疲劳寿命预测方法 [J], 陶志强;张鸣;朱煜;成荣;王磊杰;李鑫3.基于临界面法及应变路径多轴疲劳寿命预测模型概述 [J], 刘红彬;陈伟;王延荣4.基于塑性应变能的多轴低周疲劳寿命预测模型 [J], 付德龙;张莉;程靳5.基于剪切形式的多轴疲劳寿命预测模型 [J], 尚德广;姚卫星;王德俊;周志革因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
航空航天部件的疲劳寿命预测研究
航空航天部件的疲劳寿命预测研究近年来，随着航空航天事业的不断发展，各种航空航天部件的性能和寿命需求也越来越高，因此预测疲劳寿命逐渐成为了研究热点之一。
航空航天部件疲劳寿命预测的研究和实践，尤其在关键部件的可靠性和安全性保障方面具有重要意义。
本文将从疲劳寿命预测的意义、预测方法以及未来发展方向等方面入手，探讨航空航天部件疲劳寿命预测的相关问题。
一、疲劳寿命预测的意义疲劳与断裂是航空航天材料和结构的重要失效原因之一，它会对结构的稳定性和安全性产生严重影响。
因此，了解和掌握材料和结构的疲劳寿命是航空航天工程研发和设计的重要一环。
疲劳寿命预测不仅可以评估材料和结构对疲劳载荷的抗性能力，还可以指导工程师选择适当的材料和设计结构，延长部件的使用寿命，提高部件的可靠性和安全性。
二、疲劳寿命预测的方法疲劳寿命预测的方法多种多样，常见的有模型预测法、试验预测法和计算机模拟法。
模型预测法是一种通过数学模型拟合实验现象，预测部件疲劳寿命的方法。
具体来说，通过选择适当的数学模型和拟合实验数据，能够获得较精确的寿命预测结果。
模型预测法的局限在于需要大量的实验数据支持，并且对模型的精度和可靠性具有很高的要求，因此需要专业人士进行操作。
试验预测法是一种通过实验来推断部件疲劳寿命的方法。
具体来说，通过对部件在实际使用状态下所承受的载荷进行试验，观察其疲劳状态，从而推断部件的疲劳寿命。
试验预测法的局限在于需要大量耗时、耗费人力物力的试验，并且需要考虑到试验装置和试验条件对实验结果的影响。
计算机模拟法是一种通过计算机模拟来预测部件疲劳寿命的方法。
具体来说，通过建立适当的场景和模型，采用数值计算方法对部件在实际使用状态下所承受的载荷进行模拟分析，从而获得部件的疲劳寿命。
计算机模拟法的优点在于能够准确模拟实际工况，预测结果精度较高，可以减少试验成本和时间，因此在实践中得到了广泛应用。
三、未来发展方向随着航空航天工业的不断发展，对航空航天部件寿命预测的要求也越来越高。
发动机气缸体疲劳试验
２试验原理
气缸体疲劳试验的加载方式见图ｌ。试验主 要考核主轴承壁（或连体主轴承壁）、缸套、气缸体
本体，同时对其它相关零件也有一定的考核作用。 Ｉ ｌ
盖
图１
在气缸体疲劳试验中，液压设备加载的压力 通过相关夹具首先传递到活塞连杆系统，然后传 递到主轴承壁及气缸体整体。在试验过程中，相
３２
ｌ汽车工艺与材料ＡＴ＆Ｍ
试验状态
损坏部位
具体现象
一
备注
缸套穿孔
缸套 环形损坏 缸间短裂纹
缸套部位较“薄
主轴承壁损坏
理想状态
主轴承壁
主轴承盖损坏 主轴壁螺纹孑Ｌ损坏坏 端面损坏
ｆ
“圆角”等应力集中部位易先损坏 气缸体本体 侧面损坏 顶面损坏
活塞 开裂
幕、
一般为铝活塞承受能力不足造成 气缸垫密封能力不足造成
环形脱落
气缸垫 非理想状态 螺栓 缸盖螺栓 缸间缺损 主轴承盖螺栓
断口：将裂纹处取样剖开后，未发现明显疲劳源。 受力：在气缸体疲劳试验中，气缸体端面会受 到从主轴承盖螺栓处垂直向下的频繁拉力作用， 受力方向见图１８。 分析：对断口（图２０）进行观察，倾向于此气缸体 在端面定位孔内侧下方的圆角处（图２１）产生应力集
部门提供设计依据。圃
中国汽车年度盛典领航未来新趋势
２０１４年１月７日，凤凰汽车２０１３中国汽车年度盛典，在北京国贸大酒店正式启动。本次盛典以“领航・新趋势”为主题， 在中国国际贸易促进委员会汽车行业分会的大力支持下，聚焦中国汽车产业，以凤凰汽车购车消费评价报告为评选基础， 联合媒体、行业专家、车主及网友多方评定。２０１３中国汽车年度盛典年度最具人气车型：红旗Ｈ７。获奖理由：红旗Ｈ７唤起 了国人内心深处对于红旗品牌的敬仰，无数人钟情于红旗Ｈ７所呈现的民族精神面貌。面向所有用户销售的策略，更拉近 了国民与“国车”红旗Ｈ７的距离，它用设计、功能、舒适性、档次感，重新树立了自身的高档车形象。 ２０１３中国汽车年度盛典年度都市ｓｕＶ：一汽丰田全新ＲＡｖ４。获奖理由：一汽丰田全新ＲＡＶ４实现了华丽转身，新的设 计语言使得受众面大为增加；一如既往的宽大空间和优秀的乘坐舒适性，配合全新２．５升发动机和无级变速器的动力系统， 让都市ＳＵＶ的优点在全新ＲＡＶ４上表现得淋漓尽致。
机械零件疲劳寿命预测方法研究
机械零件疲劳寿命预测方法研究在现代工业生产中，机械零件的疲劳失效是一个常见且严重的问题。
准确预测机械零件的疲劳寿命对于确保机械设备的可靠性、安全性以及降低维护成本具有至关重要的意义。
本文将对机械零件疲劳寿命预测的方法进行深入探讨。
疲劳失效是指在循环载荷作用下，机械零件经过一定次数的应力循环后发生的破坏现象。
这种破坏往往在零件的应力集中部位，如尖角、孔洞、螺纹等地方开始，并逐渐扩展，最终导致零件的断裂。
由于疲劳失效的发生具有随机性和隐蔽性，因此很难通过直接观察来预测其发生的时间。
目前，用于机械零件疲劳寿命预测的方法主要有以下几种：实验法是最直接也是最可靠的方法之一。
通过对机械零件进行实际的疲劳试验，可以获得其在不同载荷条件下的疲劳寿命数据。
然而，这种方法存在着成本高、周期长等缺点，而且对于一些大型或复杂的零件，实验操作难度较大。
应力寿命法（SN 法）是一种常用的疲劳寿命预测方法。
该方法基于材料的疲劳性能曲线（SN 曲线），通过计算零件所承受的应力幅和平均应力，结合材料的 SN 曲线来预测疲劳寿命。
SN 曲线通常是通过大量的疲劳试验获得的，反映了材料在不同应力水平下的疲劳寿命。
在使用 SN 法时，需要准确地确定零件的应力状态，并考虑应力集中、尺寸效应等因素的影响。
但 SN 法对于高周疲劳（应力循环次数大于10^4 次）较为适用，对于低周疲劳（应力循环次数小于 10^4 次）则预测精度较低。
应变寿命法（εN 法）则适用于低周疲劳寿命的预测。
该方法考虑了材料在循环载荷下的塑性应变，通过计算零件的应变幅和平均应变，结合材料的应变寿命曲线来预测疲劳寿命。
与 SN 法相比，εN 法能够更准确地预测低周疲劳寿命，但需要更复杂的应变测量和分析。
局部应力应变法是一种基于零件局部应力应变状态的疲劳寿命预测方法。
该方法通过分析零件在载荷作用下的局部应力应变分布，结合材料的疲劳性能数据来预测疲劳裂纹的萌生和扩展寿命。
局部应力应变法考虑了应力集中、表面加工状态等因素对疲劳寿命的影响，因此在预测复杂零件的疲劳寿命时具有较高的精度。
疲劳寿命分析方法的研究与发展综述
疲劳寿命分析方法的研究与发展综述疲劳寿命分析方法的研究与发展始于20世纪50年代，随着科学技术的不断进步，相关研究也取得了重要的进展。
在早期的研究中，人们主要采用实验方法来测定材料的疲劳寿命。
这些方法基于试验数据的分析，通过建立数学模型预测材料的疲劳寿命。
然而，由于试验方法需要大量的时间和资源，且无法得到全面的破坏机制信息，这种方法逐渐被计算机模拟和数值分析方法所取代。
计算机模拟是一种基于数学模型的仿真方法，它能够模拟材料在循环加载下的行为，并对疲劳寿命进行预测。
计算机模拟方法通过建立适当的数学模型，将材料的本构关系和加载条件转化为数学方程，并通过数值求解方法来求解这些方程。
这种方法具有高效、准确的特点，可以大大提高疲劳寿命分析的效率与精度。
计算机模拟方法的发展也借助了有限元分析技术的进步。
有限元分析是一种重要的数值分析方法，它将材料或结构离散化为有限个单元，通过求解单元间的相互作用关系，得到材料或结构的应力和变形分布。
对于疲劳分析而言，有限元分析可以用来模拟材料或结构的疲劳破坏过程，进而推断材料或结构的疲劳寿命。
除了计算机模拟方法和有限元分析技术，疲劳寿命分析方法还涉及到很多其他的技术和手段。
例如，基于统计学的方法可以用来分析材料的疲劳寿命分布特征，以及与寿命相关的因素。
机器学习方法可以通过对大量试验数据的训练，建立材料疲劳寿命的预测模型。
此外，疲劳寿命分析方法还包括了很多特定的领域和应用。
例如，对于复合材料而言，人们开发了一系列的疲劳寿命分析方法，以考虑复合材料的复杂本构特性和疲劳破坏机制。
对于金属材料而言，人们研究了一系列疲劳寿命预测方法，基于材料的疲劳裂纹扩展行为进行建模。
此外，还有一些特殊材料和特殊应用领域的疲劳寿命分析方法，如高温材料的疲劳寿命分析、动态疲劳寿命分析等。
总的来说，疲劳寿命分析方法的研究与发展在过去几十年里取得了巨大的进展。
这些方法不仅提高了疲劳寿命分析的效率与精度，同时也促进了材料和结构领域的发展。
复合材料的疲劳寿命预测与评估
复合材料的疲劳寿命预测与评估在现代工程领域，复合材料因其卓越的性能，如高强度、高刚度、良好的耐腐蚀性等，得到了广泛的应用。
从航空航天领域的飞机结构件到汽车工业的零部件，从风力发电的叶片到体育用品，复合材料的身影无处不在。
然而，与传统材料相比，复合材料的疲劳性能更为复杂，其疲劳寿命的预测与评估也成为了一个关键的技术难题。
要理解复合材料的疲劳寿命预测与评估，首先需要明白什么是疲劳。
简单来说，疲劳就是材料在循环载荷作用下，经过一定次数的循环后发生的破坏现象。
对于复合材料而言，由于其成分的复杂性和各向异性，疲劳损伤的机理和表现形式与传统金属材料有很大的不同。
复合材料的疲劳损伤通常包括纤维断裂、基体开裂、界面脱粘等多种形式，而且这些损伤往往相互作用、相互影响，使得疲劳过程变得极为复杂。
在疲劳载荷的作用下，复合材料内部的微观缺陷会逐渐扩展、累积，最终导致材料的宏观失效。
因此，准确预测复合材料的疲劳寿命对于确保结构的安全性和可靠性具有重要意义。
目前，用于复合材料疲劳寿命预测的方法主要有两类：基于实验数据的经验方法和基于理论模型的分析方法。
经验方法是通过大量的实验数据来建立疲劳寿命与各种因素之间的关系。
这种方法虽然简单直观，但需要耗费大量的时间和成本来进行实验，而且对于新的材料体系或复杂的载荷条件，其预测能力往往有限。
分析方法则是基于材料的力学性能和疲劳损伤机理，建立数学模型来预测疲劳寿命。
常见的分析方法包括应力寿命法、应变寿命法和损伤力学法等。
应力寿命法通过研究应力与疲劳寿命之间的关系来进行预测，但它没有考虑到材料的塑性变形和损伤累积。
应变寿命法则考虑了材料的塑性变形，但对于复合材料的各向异性特性处理较为困难。
损伤力学法将材料的损伤演化过程纳入考虑，能够更准确地描述复合材料的疲劳行为，但模型的建立和参数的确定较为复杂。
在实际的疲劳寿命预测中，往往需要综合运用多种方法，并结合具体的工程应用背景来进行评估。
例如，在航空航天领域，对于关键的复合材料结构件，通常会采用严格的实验和分析相结合的方法，以确保疲劳寿命的预测精度和可靠性。
机械零件的疲劳寿命预测
机械零件的疲劳寿命预测1. 引言疲劳是机械零件失效的主要原因之一，因此准确预测机械零件的疲劳寿命对于确保机械系统的可靠性和安全性至关重要。
疲劳寿命预测是通过对零件的材料性能、载荷和工作环境等因素进行分析，来预测零件的疲劳失效时间。
本文将介绍机械零件疲劳寿命预测的基本原理和方法。
2. 疲劳理论基础疲劳失效是由于零件在交变载荷下的累积损伤而引起的。
在疲劳失效发生之前，零件会经历初期裂纹形成、裂纹扩展和最终破裂的过程。
疲劳失效的特点是循环载荷下的破坏，与静态破坏的机制有所不同。
2.1 疲劳寿命曲线疲劳寿命曲线描述了零件在一定载荷水平下的疲劳寿命与循环次数的关系。
通常，疲劳寿命曲线可以分为三个阶段：初期阶段、稳定阶段和后期阶段。
初期阶段零件的疲劳寿命较短，稳定阶段疲劳寿命相对稳定，后期阶段疲劳寿命逐渐减小。
2.2 疲劳裂纹扩展机制疲劳裂纹扩展是疲劳失效的关键过程。
在循环载荷下，零件内部会出现微小裂纹，当裂纹长度超过一定阈值时，就会迅速扩展导致零件破裂。
疲劳裂纹扩展的速率与裂纹尖端应力强度因子成正比。
3. 疲劳寿命预测方法机械零件的疲劳寿命预测可以通过实验测试和数值模拟两种方法来进行。
3.1 实验测试方法实验测试是通过对零件进行疲劳试验来获取疲劳寿命数据，进而建立零件的疲劳寿命曲线。
常用的实验测试方法包括：循环试验、疲劳裂纹扩展试验和断裂韧性试验等。
实验测试的优点是可以获取真实的疲劳寿命数据，但是测试周期长、成本高，且受到试验设备和试验条件的限制。
3.2 数值模拟方法数值模拟是利用计算机软件对零件的疲劳性能进行预测。
常用的数值模拟方法包括有限元分析、疲劳裂纹扩展模拟和寿命预测模型等。
数值模拟方法的优点是可以快速预测零件的疲劳寿命，并可以在不同载荷条件下进行模拟。
但是数值模拟结果的准确性和可靠性受到材料模型和边界条件等因素的影响。
4. 疲劳寿命预测的影响因素机械零件的疲劳寿命受到多种因素的影响，主要包括材料性能、载荷水平、工作环境和几何形状等。
机械零件疲劳寿命的预测与分析
机械零件疲劳寿命的预测与分析在现代机械工程领域，机械零件的疲劳寿命是一个至关重要的研究课题。
无论是在航空航天、汽车工业还是一般的机械制造中，准确预测和分析机械零件的疲劳寿命对于保障设备的可靠性、安全性以及降低维护成本都具有极其重要的意义。
首先，我们需要明确什么是机械零件的疲劳。
简单来说，疲劳是指材料在循环载荷作用下，经过一定次数的循环后，产生裂纹并逐渐扩展，最终导致零件失效的现象。
这种失效往往发生在零件的应力集中部位，如孔洞、缺口、尖角等处。
而疲劳寿命，则是指零件从开始承受载荷到发生疲劳失效所经历的循环次数。
那么，为什么要对机械零件的疲劳寿命进行预测和分析呢？一方面，通过预测疲劳寿命，我们可以在设计阶段就对零件的结构进行优化，避免过早的疲劳失效，从而提高产品的质量和可靠性。
另一方面，对于已经在使用中的设备，通过对关键零件的疲劳寿命分析，可以合理安排维护和检修计划，避免突发的故障造成重大损失。
在预测机械零件疲劳寿命的过程中，材料的性能是一个关键因素。
不同的材料具有不同的疲劳特性，例如强度、韧性、硬度等。
这些性能参数会直接影响零件的疲劳寿命。
因此，在进行疲劳寿命预测时，需要准确获取材料的疲劳性能数据。
通常，这些数据可以通过实验测试获得，例如拉伸试验、疲劳试验等。
除了材料性能，载荷的特性也是影响疲劳寿命的重要因素。
载荷可以分为恒定载荷和变载荷。
对于恒定载荷，其对零件疲劳寿命的影响相对较为简单。
而变载荷则要复杂得多，因为它的大小、方向和频率都会随时间变化。
在实际工程中，大多数机械零件所承受的都是变载荷。
为了准确描述变载荷，我们通常采用载荷谱的方法。
载荷谱是对零件在实际工作中所承受载荷的时间历程的统计描述。
通过对载荷谱的分析，可以计算出零件所承受的等效载荷，进而预测其疲劳寿命。
零件的几何形状和尺寸也会对疲劳寿命产生显著影响。
例如，零件上的孔洞、缺口等会导致应力集中，从而大大降低零件的疲劳寿命。
在设计过程中，通过采用合理的结构设计，如避免尖锐的转角、增加过渡圆弧等，可以有效地降低应力集中，提高零件的疲劳寿命。
疲劳寿命预测方法的研究现状与发展
基于物理模型的预测方法是通过建立描述材料疲劳行为的物理模型来进行预 测。这些模型通常基于材料的微观结构和失效机制，并考虑了诸如应力集中、裂 纹扩展、材料强化等因素。基于物理模型的预测方法通常比基于经验和实验的方 法更准确，但需要更深入的材料科学知识。
4、基于统计的预测方法
基于统计的预测方法是通过分析大量实验数据来建立统计模型，从而预测材 料的疲劳寿命。这种方法通常考虑了诸如材料成分、加工条件、环境因素等对疲 劳性能的影响。基于统计的预测方法在处理复杂多变的数据时可能更具优势，但 也可能受到数据质量和数量等因素的影响。
2、人工智能与机器学习
人工智能和机器学习技术在许多领域都取得了显著的进展，包括疲劳寿命预 测。这些技术可以通过对大量数据进行学习和分析，建立更加准确和高效的预测 模型。未来，人工智能和机器学习将在疲劳寿命预测中发挥更大的作用，提高预 测的准确性和效率。
3、跨学科合作与交叉融合
疲劳寿命预测涉及到材料科学、机械工程、物理学等多个学科领域的知识。 未来，跨学科合作与交叉融合将成为疲劳寿命预测的重要发展趋势。通过不同学 科领域的专家共同合作，可以更深入地理解材料的疲劳行为，提出更加有效的预 测方法。
疲劳寿命预测方法的研究现状 与发展
01 一、引言
目录
02
二、疲劳寿命预测方 法的研究现状
03
三、疲劳寿命预测方 法的发展趋势
04 四、结论
05 参考内容
一、引言
疲劳寿命预测是材料科学、机械工程和相关领域中的一项重要研究内容。它 涉及到对材料或结构在循环载荷作用下的失效行为进行预测和评估。疲劳寿命预 测方法对于提高机械部件的可靠性和安全性，优化产品设计，降低维修和更换成 本等方面具有重要意义。本次演示将综述疲劳寿命预测方法的研究现状，并探讨 其行疲劳试验来获取材料的疲劳性能数据。这些 数据可以用于建立数学模型，从而预测材料的疲劳寿命。这种方法通常比基于经 验的方法更准确，但需要大量的时间和资源来执行实验。此外，实验结果可能受 到实验条件和试样制备等因素的影响。
基于柴油机考核工况的活塞高周疲劳寿命预测
· · ， ： 年 月 许 春 光 等 基 于 柴 油 机 考 核 工 况 的 活 塞 高 周 疲 劳 寿 命 预 测 ４ ５ ２ ０ １ ７ １ ０
图 中 损 伤 的 非 线 性 特 性 和 累 积 损 伤 是 作 为 １ ａ ， ： 因 此 可 以 确 定 两 个 损 伤 区 域 从 双 线 性 过 程 建 模 的 （ ） ， 起 点 到 线 以 下 损 伤 区 域 为 第 一 阶 段 从 ≏ ≏ ᶄ Ⅰ （ ） 。 到 的 损 伤 区 域 为 第 二 阶 段 第 一 阶 ≏ ≏ ᶄ ᶄ Ⅱ 段 与 第 二 阶 段 累 积 损 伤 的 循 环 比 可 构 建 成 线 性 模 ， （ ， ） （ ， ） 图 中 连 接 坐 标 点 和 的 直 线 是 最 低 型 １ ｂ ０ ０ １ １ 。 第 一 阶 段 线 性 累 积 损 伤 准 寿 命 水 平 的 基 准 损 伤 线 则 表 明 在 达 到 损 伤 Ⅰ之 前 循 环 比 可 以 线 性 叠 ， ， ， 。 ， 加 并 与 加 载 顺 序 无 关 当 循 环 比 之 和 达 到 时 第 ２ １ 分 析 流 程 。 一 阶 段 损 伤 完 成 在 总 损 伤 超 出 第 一 阶 段 损 伤Ⅰ ， 根 据 双 线 性 累 积 损 伤 准 则 理 论 对 多 级 载 荷 加 之 后 采 用 第 二 阶 段 线 性 累 积 损 伤 准 则 不 考 虑 加 ， 。 首 先 需 要 确 定 每 级 ， 的 构 件 进 行 疲 劳 寿 命 预 测 时 ， 。 载 顺 序 累 积 损 伤 仅 取 决 于 各 个 循 环 量 的 总 和 第 载 ， 载 荷 单 独 加 载 时 构 件 的 寿 命 寿 命 最 低 的 载 荷 等 级 照 循 环 比 加 载 剩 余 的 循 ／１ ， 一 阶 段 损 伤 Ⅰ按 ， ∰ １ ｆ ， 寿 命 最 高 的 载 荷 等 级 的 寿 命 定 为 寿 命 定 为１ ， ｆ ／２ ， 循 环 比 进 行 加 载 拐 点 的 坐 标 如 的 环 损 伤 用 ， ， ∰ ２ ｆ ｆ 。 （ ） （ ） 通 过 式 及 式 求 得 参 数 及， 再 通 过 ， ７ ８ ２ ｆ φ ： 下 式 所 示 （ ） （ ） 及 式 计 算 出 中 间 等 级 载 荷 第 一 阶 段 及 第 二 式 ． ２ ５ ４ ９ ∰ ， １ １ ｆ０ ， （ ） ０ ． ３ ５ １ ＝ 阶 段 的 寿 命 ； ， 根 据 每 级 载 荷 每 循 环 的 作 用 次 数 计 算 ， ， １ ｆ ２ ｆ ． ２ ５ ； ， 两 个 阶 段 的 损 伤 每 阶 段 损 伤 独 立 线 性 叠 加 即 可 得 ， ∰ ， ２ ｆ １ ｆ０ 。 （ ） ０ ． ６ ５ ２ ＝ 。 到 两 个 阶 段 的 总 损 伤 每 个 阶 段 损 伤 达 到 时 的 循 １ ， ， ２ ｆ ２ ｆ 次 数 即 为 该 阶 段 的 载 荷 块 寿 命 两 阶 段 载 荷 块 寿 ， ， ， ， 拐 点 坐 标 与 材 料 无 关 对 于 所 有 的 材 料 而 言 拐 环 命 的 和 即 为 总 的 多 级 载 荷 作 用 时 总 寿 命 。 点 坐 标 均 相 同 仅 取 决 于 最 大 和 最 小 寿 命 ， 。 进 行 多 工 况 加 载 时 活 塞 疲 劳 寿 命 预 测 首 先 需 要 ， 对 于 包 含 两 个 以 上 载 荷 等 级 的 载 荷 块 双 线 性 算 活 塞 在 每 工 况 单 独 作 用 下 的 寿 命 ， 本 研 究 采 用 准 则 假 设 载 荷 块 中 各 个 载 荷 的 疲 劳 寿 命 为ｌ ＝ 计 ｏ ｗ 根 据 方 程 和 方 程 建 立 双 进 行 各 个 工 况 下 活 塞 温 ， （ ） （ ） 有 限 元 分 析 软 件 ， ， １ ２ Ａ ｂ ａ ｕ ｓ ＝２ ｑ １ ｆ ｉ ｈ ｆ ～ｈ ｇ ， 线 性 损 伤 准 则 将 其 他 等 级 载 荷 的 双 线 性 损 伤 曲 线 度 热 应 力 及 热 机 耦 合 应 力 计 算 再 通 过 疲 劳 分 析 软 、 ， 可 以 将 总 疲 劳 寿 命 分 解 件 以 内 差 值 的 方 式 插 入 其 中 ， 进 行 单 工 况 下 活 塞 高 周 寿 命 预 测 最 终 采 ， Ｆ ｅ ｍ ｆ ａ ｔ 成 第 一 阶 段 疲 劳 寿 命 和 第 二 阶 段 疲 劳 寿 命 用 （Ⅰ） 双 线 性 累 积 损 伤 准 则 进 行 柴 油 机 考 核 工 况 下 的 高 即 （Ⅱ ） ， 。 ， 周 疲 劳 寿 命 预 测 具 体 的 分 析 及 预 测 流 程 见 图 ２ （ ）主 ： 要 分 析 步 骤 如 下 ３ ｆ ＝Ⅰ＋ Ⅱ。 第 一 阶 段 疲 劳 寿 命 和 总 疲 劳 寿 命 之 间 的 关 系 可 １ ） ， 建 立 活 塞 温 度 场 分 析 有 限 元 网 格 模 型 根 据 （ ） ： 用 式 表 示 ， 经 验 公 式 及 活 塞 测 温 试 验 定 义 活 塞 热 分 析 边 界 建 ４ φ 。 （ ）立 （ｆ ） 准 确 的 活 塞 温 度 场 分 析 模 型 ， 分 析 活 塞 在 柴 油 机 ｅ ｘ ４ Ⅰ＝ｆ ｐ 式 中 为 常 数 这 两 个 参 数 可 以 根 据 双 线 性 损 各 ：和 ， ； 考 核 工 况 下 的 温 度 场 φ 。 伤 准 则 的 Ⅰ曲 线 上 的 两 个 拐 点 来 确 定 对 于１ ） ， 建 立 活 塞 应 力 分 析 有 限 元 网 格 模 型 根 据 发 ， ｆ ２
退化数据驱动的气缸剩余寿命在线预测
第39卷第3期2019年6月Vol.39No.3Jun.2019振动、测试与诊断Journal of Vibration,Measurement7Diagnosisdoi:10.16450/>cnki.issn.1004-6801.2019.03.018退化数据驱动的气缸剩余寿命在线预测！李锋】，苑志凯】，何祯鑫】，王兆强2(1.火箭军工程大学二系西安，710025)(2.火箭军工程大学三系西安，710025)摘要针对气缸可靠性研究中剩余寿命预测方面的问题，提出了一种基于退化路径的气缸剩余寿命在线预测方法。
在建立了基于维纳过程的气缸退化模型基础上，推导了退化路径决定下的气缸剩余寿命的概率密度函数解析表达式，提出了一种融合Bayes估计和期望最大化算法的参数在线估计方法，实现了气缸剩余寿命在线预测，并通过气缸性能退化实验数据验证了方法的有效性。
通过与同类方法对比结果表明，在小样本情况下，所提方法能更准确地预测气缸剩余寿命且预测的不确定性更低。
关键词气缸；维纳过程；贝叶斯估计；剩余寿命中图分类号TH13&51；TH117.1引言气缸是一种重要的机械元件，具有污染小、维护成本低等优点，被广泛应用于汽车生产线、半导体检查装置等工业设备。
在气缸寿命预测方面，目前主要方法是通过加速寿命试验预测其完整使用寿命)13*缺乏了对其使用过程中剩余使用寿命预测的研究。
目前剩余寿命预测方法有很多，其中基于Wiener过程的剩余寿命预测模型因具有较为清晰的物理意义和良好的计算分析性质，应用最为广泛⑷。
彭宝华等旧将该模型与Bayes估计方法相结合，对金属化膜脉冲电容器的剩余寿命进行了预测。
Wang等归将Wiener过程的退化建模应用于发光二极管的剩余寿命预测。
李瑞等7用Wiener过程建立退化模型对自动加热电缆剩余寿命进行了预测。
国内目前在机械元件剩余寿命预测方面对该方法应用较少，主要应用集中在对航空发动机的剩余寿命预测)9。
基于能量法的气缸盖低周热机疲劳寿命预测方法研究
基于能量法的气缸盖低周热机疲劳寿命预测方法研究一、为啥要研究气缸盖低周热机疲劳寿命预测呢？咱都知道汽车发动机那可是相当重要的部件，而气缸盖在发动机里就像个默默奉献的小英雄。
它要经受住高温、高压这些恶劣条件的考验。
如果它出了问题，那整个发动机可就有可能闹脾气了。
比如说，要是气缸盖疲劳了，可能就会导致发动机动力下降，甚至直接罢工。
这就好比一个人天天累得要死，总有一天身体会垮掉一样。
那为了能提前知道这个小英雄什么时候可能会累垮，也就是预测它的疲劳寿命，就变得特别重要啦。
而能量法听起来就特别酷，感觉像是能给我们一把特殊的钥匙，去打开预测气缸盖疲劳寿命这个神秘大门。
二、能量法是个啥玩意儿呢？能量法啊，就像是一种神奇的魔法。
它的原理大概就是通过分析气缸盖在热机过程中的能量变化来预测它的疲劳寿命。
想象一下，气缸盖在发动机里工作的时候，就像一个小舞者在舞台上不停地跳动，每一个动作都伴随着能量的转换。
有热能变成机械能啦，机械能又可能会因为各种摩擦之类的变成热能散掉一部分。
而这些能量的转换过程如果出现了异常，就可能会对气缸盖的寿命产生影响。
能量法就是要抓住这些能量转换的小尾巴，从它们的变化里找出规律，然后算出这个气缸盖大概还能跳多久的舞，也就是还能工作多长时间才会因为疲劳而倒下。
三、怎么用能量法来预测呢？这可是个技术活。
首先得建立一个合适的模型。
这个模型就像是一个缩小版的气缸盖世界，在这个世界里，我们要把气缸盖的各种参数都放进去，像它的材料属性啊，形状啊，还有在发动机里工作时的温度变化范围、压力变化范围这些。
然后呢，就要开始计算能量的变化了。
这可不像1 + 1 = 2那么简单，得考虑到热传导、热对流、机械应力这些复杂的因素。
比如说，当发动机启动的时候，气缸盖的温度会迅速升高，这个时候热能就像洪水一样涌进来，那这个能量的流入量怎么计算，又怎么跟它的疲劳寿命联系起来呢？这就需要用到很多复杂的数学公式和物理知识了。
而且啊，不同的工况下，能量的变化还不一样。
金属结构疲劳寿命预测方法的研究的开题报告
金属结构疲劳寿命预测方法的研究的开题报告一、选题背景与意义金属的疲劳断裂是指材料在交变应力作用下，在很多循环后出现裂纹并破坏的现象。
金属结构疲劳失效是制约工程结构安全寿命的主要因素之一，研究金属结构疲劳寿命预测方法对于提高工程结构安全性、降低结构维修费用等具有重要意义。
目前已有许多预测金属结构疲劳寿命的方法，包括基于裂纹扩展的方法、基于损伤累积的方法、基于统计学模型的方法等。
但是这些方法存在着模型假设过于简化、试验数据缺乏、精度较低等问题，因此需要进一步深入研究和完善。
本研究旨在探究新的预测金属结构疲劳寿命的方法，提高预测精度和可靠性，对于推动工程结构的可持续发展具有积极意义。
二、主要研究内容和研究方法1. 主要研究内容（1）疲劳试验数据的采集和分析利用疲劳试验机进行金属材料的循环应力加载，在不同循环次数下采集试验数据，包括应力、应变、能量等参数，并对数据进行分析。
（2）构建疲劳寿命预测模型基于试验数据，探究基于神经网络、遗传算法等的疲劳寿命预测模型，尝试提高预测精度和可靠性。
（3）预测模型的验证和应用利用已有的疲劳试验数据和实际工程结构应力数据，对所构建的预测模型进行验证和应用，对预测结果进行评估。
2. 研究方法（1）实验方法：利用疲劳试验机对金属材料进行循环应力加载，采集试验数据。
（2）建模方法：尝试基于神经网络、遗传算法等方法构建疲劳寿命预测模型。
（3）分析方法：对试验数据进行分析，对预测模型进行评估。
三、预期研究成果通过本研究，预期可以获得以下的科研成果：（1）金属结构疲劳寿命预测方法的研究成果，包括预测模型等。
（2）预测模型的评估结果，包括预测精度和可靠性等指标。
（3）可为实际工程结构提供更为精准的疲劳寿命预测方法，提高工程结构安全性和可靠性。
四、论文框架（1）选题背景及意义（2）相关研究综述（3）试验数据采集及分析（4）基于神经网络的疲劳寿命预测模型（5）基于遗传算法的疲劳寿命预测模型（6）预测模型的验证和应用（7）结论和展望五、参考文献[1] 贾亚平, 樊俊杰, 陈立燕. 金属疲劳寿命预测研究, 机械工程学报, 2007, 43(9): 1-9.[2] 张志强, 王显远, 赵晓峰. 基于神经网络的金属疲劳寿命预测, 机械科学与技术, 2014, 33(3): 388-392.[3] 袁文庆, 朱泽强. 基于统计学模型的金属疲劳寿命预测, 机械设计与研究, 2012, 28(5): 73-75.。
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滤 器之 后 ， 压缩 空 气 的过滤 精 度 保 持在 ５ ｍ， 将 保证
了压缩 空气 的质量 。试 验平 台上相 应 的管路将 压缩 空 气 分成 各条 支路送 到 相应 的被 检 气缸 ， 每条 支 路 上 电
池 阀和流量 阀分别 控 制气 缸 的换 向和运 行 速 度 ， 证 保
气 缸连续 动作 。气 动 回路 如 图 １ 所示 。
曲线 ， 三参数 威布 尔分 布 对 各 种类 型 的 实 验数 据 拟 合 能力强 ， 以很 好 的反 映气缸疲 劳 寿命 的分布情 况 ， 可 能
用于对 气缸疲 劳 寿命 进 行预测 。 本 文 以气 缸信 赖 性试 验 为 基础 ， 运用 威 布 尔 分 布
Ｑ Ｎ Ｔ ｏ Ｌ ａ ｇｙ ｎ Ｉ ａ ， Ｉ ｎ —ａ Ｇ
（ 汉理工大学 ， 北 武汉 武 湖 ４０７ ） ３０ ０
摘
要 ： 文 以气缸信 赖性 试验 平 台为基 础 ， 该 依据 国际标准规 定 的试验规 则 ， 行 气缸信 赖性 试验 ， 进 获取
相 关试验 数据 ； 用威 布 尔分布 理论 ， 运 对所 测试验 数据进 行 分析 ， 建立 气缸 疲劳 寿命 分 布模 型 ， 此预测 气缸 依 的疲 劳寿命 ， 对预测 结果进 行 分析 。 并 关键词 ： 气缸 ； 寿命 预 测 ； 布 尔分 布 ； 劳寿命 威 疲
靠性 显得越 来越 重要 ， 寿 命 直 接影 响 着 整个 系统 的 其
可靠性 ； 因此 气缸 的 寿命 试 验 已成 为 气 缸 性 能试 验 中
的一项 重要 试验项 目。气缸 的磨 损 过程 大 致 可分 为 ３ 个 阶段 ： 初期 磨损 阶段 、 常磨 损 阶段 、 剧磨 损 阶段 。 正 急 通过分 析气 缸失效 数 据 可 知 ， 缸 的疲 劳 曲线 为 浴 盆 气
２１ ０ ０年 第 ３期
液压 与 气动
５ ５
基 于 试 验 数 据 的气 缸 疲 劳 寿 命 预 测
覃 涛 ， 刚炎 李
Ｃｙ ｉ ｄ ｒＦ ｔ ｕ ｉ ｒ ｄ ｃ ｉｎ Ｂａ ｅ ｎ Ｔｅ ｔＤａ ａ ｌ ｅ ａ ｉ ｅ Ｌ ｆ Ｐ ｅ ｉ ｔ ｓ ｄ ｏ ｓ ｔ ｎ ｇ ｅ ｏ
理 论 ， 所获得 的试 验数 据进行 分 析和计 算 ， 立气 缸 对 建
疲 劳寿命 分 布模型 ， 此 预测 气 缸 的 Ｂ。 命 、 依 寿 中位 寿
命 和特征 寿命 ， 并对 预测 结果进 行分 析 。
１ 气缸 疲劳试 验及 其数 据 的获 取 气缸 疲劳 试验是 将 被 检 气 缸 安装 在 试 验 平 台上 ，
寿命 。 在 威布尔分 布 的概率 密 度 图 中 ， 对一 组 寿命 数据 采用不 同的方法 进行拟 合 ， 密度 曲线 的形状 和位 置 其
号 来控制 电池 阀的换 向 ， 实现 对 气缸 冲／ 回程 的控 制 ， 并 能记录每个 气缸 的动作 次 数器 采集气 缸动作 的波形 ， 过采 通
图 １ 整体 试 验 回 路 图
试验 平 台的控 制系统 由上 位机 、 采集 卡 、 信号 转换
收 稿 日期 ：０ ９Ｏ —５ ２０ ＿ １ ９ 作 者 简 介 ： 涛 （９ ５ ）男 ， 北 松 滋 人 ， 士 ， 要 从 事 气 覃 １８ 一 ， 湖 硕 主
气缸信 赖性 试验 平 台 的气 动 回路 由空 压机 、 干燥 机、 高精 密过滤 器 、 压 阀 、 减 电磁 阀 、 量 阀 组成 ， 源 流 气
运行 。
１ 气 动 三联 件 ． ５ 电磁 阀 ． ２数字压力开关 ． ７气缸 ． ３残压排气阀 ． ４ 消声 器 ． ６ 向流 阀 ． ８ 减 压 阀 ９ 质 量 流量 计 ． ．
１． ０ 压力传感 器
１． １ 压力开关控制器
ｌ． ２ 激光位移计
ｌ ．数 据 收 集 记 录 装 置 ３
通 过气动 回路 和控制 系统 使被检 气缸 在规 定工况 下 连 续 不断 的动作 ， 测量 被检 气缸 的相关参 数 ， 直到 其超 出 规定 的 阈值 水平 ， 记 录 的被 检 气缸 动作 次 数 即 为气 所 缸 的疲 劳寿命 。 本文工 作 以 ８个 缸径 为 ２ ５ｍｍ、 程为 ５ 的 行 ０ｍｍ 气 缸 为 被 检 对 象 ， 别 给 每 个 气 缸 的活 塞 杆 上 装 载 分 ０ ３ｋ ． ｇ的负 载 ， 装 在 气 缸 信 赖 性 试 验 平 台 上 连 续 安
中图分类 号 ： Ｈ１８ 文献标识 码 ： 文章 编号 ：０ ０４ ５ （０ ０ ０ －０ ５０ Ｔ ３ Ｂ １０ －８ ８ ２ １ ）３０ ５ －４
气 动 系统 中使用最 多 的执行 构件是 作直 线往 复运 动 的气 缸 。随着 气动 系 统 复 杂程 度 的 提 高 ， 气缸 的可
的压缩 空气 。压缩 空气 经过 冷冻式 干燥 机和 高精密过
为螺 杆式空 气 压缩机 ， 以为被检 气 缸提 供 ０ ６ Ｐ 可 ．３Ｍ ａ
动技术方面的研究工作。
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液压 与 气动
２１ ００年第 ３期
电路板组成 。上位机 通过数据 采集卡 向 电池 阀发送信
会发 生失效 ， 失效 只 在 以后 发 生 ； 形状 参 数 ， 值 ｂ为 其 的大小 决定 密度 曲线 的形状 ； ０为尺 度参 数 ， 称特 征 也
集卡传输 给上位 机 ， 上位 机记录各个 气缸 动作 的波 形 。 按照 ＩＯ Ｆ Ｉ ９ ７ Ｓ ／ ＤＳ １９ ３标准 规定 ， 行 气缸 疲 劳试 进
也不 同 ， 参数 的估计 值也 不 同 。当 ｒ＝０时 ， ３个 三参 数 变成两参 数 的威 布尔 分 布 ； 形状 参 数 ｂ是威 布尔 分 布中具有 实际意 义 的参 数 ； ＜ｌ 呈倒 ．型 ； ｂ ， ， １＜ｂ ＜