疲勞分析流程fatigue樣本

摘要：疲勞破壞是構(gòu)造重要失效形式，疲勞失效研究在構(gòu)造安全分析中扮演著舉足輕重角色。因而構(gòu)造疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命是其強(qiáng)度和可靠性研究重要內(nèi)容之一。機(jī)車車輛構(gòu)造疲勞設(shè)計(jì)必要服從一定疲勞機(jī)理,并在系統(tǒng)構(gòu)造可靠性安全設(shè)計(jì)中考慮復(fù)合疲勞設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用。國(guó)內(nèi)機(jī)車車輛重要構(gòu)造部件疲勞壽命評(píng)估和分析采用復(fù)合疲勞設(shè)計(jì)技術(shù)，國(guó)外從疲勞壽命理論計(jì)算和疲勞實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面在疲勞研究和應(yīng)用領(lǐng)域有諸多新發(fā)展理論辦法和技術(shù)手段。無(wú)論國(guó)內(nèi)國(guó)外，一批人幾十年如一日致力于疲勞研究，對(duì)疲勞問(wèn)題研究貢獻(xiàn)頗多。核心詞：疲勞

UIC原則

疲勞載荷

IIW原則

S-N曲線

機(jī)車車輛一、國(guó)內(nèi)外軌道車輛疲勞研究現(xiàn)狀6月30日15時(shí)，備受關(guān)注京滬高鐵正式開通運(yùn)營(yíng)。作為新中華人民共和國(guó)成立以來(lái)一次建設(shè)里程最長(zhǎng)、投資最大、原則最高高速鐵路，京滬高鐵貫通“三市四省”，串起京滬“經(jīng)濟(jì)走廊”。京滬高鐵開通，不但乘客可以享有到便捷與實(shí)惠，沿線都市也需面對(duì)高鐵帶來(lái)機(jī)遇和挑戰(zhàn)。在享有這些待遇同步，專家指出，各省市要想從中分得一杯羹，配套設(shè)施建設(shè)以及機(jī)車車輛安全性絕對(duì)不容忽視。依照機(jī)車車輛當(dāng)代設(shè)計(jì)辦法，對(duì)構(gòu)造在規(guī)定做到盡量輕量化同步，也規(guī)定具備高度可靠性和足夠安全性。這兩者之間經(jīng)常浮現(xiàn)矛盾，因而，如何精確研究其核心構(gòu)造部件在運(yùn)營(yíng)中使用壽命以及如何進(jìn)行構(gòu)造抗疲勞設(shè)計(jì)是構(gòu)造強(qiáng)度壽命預(yù)測(cè)領(lǐng)域研究中前沿課題。在隨機(jī)動(dòng)載作用下構(gòu)造疲勞設(shè)計(jì)更是成為當(dāng)前機(jī)車車輛構(gòu)造疲勞設(shè)計(jì)研究重點(diǎn)，而如何預(yù)測(cè)核心構(gòu)造和部件疲勞壽命又是將來(lái)機(jī)車車輛構(gòu)造疲勞設(shè)計(jì)重要發(fā)展方向之一。機(jī)車車輛承受外部載荷大某些是隨時(shí)間而變化循環(huán)隨機(jī)載荷。在這種隨機(jī)動(dòng)載荷作用下，機(jī)車車輛許多構(gòu)件都產(chǎn)生動(dòng)態(tài)應(yīng)力，引起疲勞損傷，而損傷累積后構(gòu)造破壞形式經(jīng)常是疲勞裂紋萌生和最后構(gòu)造斷裂破壞。隨著國(guó)內(nèi)鐵路運(yùn)營(yíng)速度不斷提高，某些核心構(gòu)造部件，如轉(zhuǎn)向架構(gòu)架、牽引拉桿等都浮現(xiàn)了某些斷裂事故。因而，機(jī)車車輛構(gòu)造疲勞設(shè)計(jì)已經(jīng)逐漸成為機(jī)車車輛新產(chǎn)品開發(fā)前期必要過(guò)程之一，而通過(guò)有效計(jì)算辦法預(yù)測(cè)構(gòu)造疲勞壽命是構(gòu)造設(shè)計(jì)重要目的。1.1國(guó)外早在十九世紀(jì)后期德國(guó)工程師Wohler系統(tǒng)闡述了疲勞壽命和循環(huán)應(yīng)力關(guān)系并提出了S-N曲線和疲勞極限概念以來(lái)，國(guó)內(nèi)外疲勞領(lǐng)域研究已經(jīng)產(chǎn)生了大量新研究辦法和研究成果。構(gòu)造疲勞設(shè)計(jì)中重要有兩方面問(wèn)題：一是用一定材料制成構(gòu)件疲勞壽命曲線；二是構(gòu)造件工作應(yīng)力譜，也就是載荷譜。載荷譜涉及外部載荷及動(dòng)態(tài)特性對(duì)構(gòu)造影響。依照疲勞壽命曲線和工作應(yīng)力譜關(guān)系，有3種設(shè)計(jì)概念：靜態(tài)設(shè)計(jì)(僅考慮靜強(qiáng)度)；工作應(yīng)力須低于疲勞壽命曲線疲勞耐久限設(shè)計(jì)；依照工作強(qiáng)度設(shè)計(jì)，即運(yùn)用實(shí)際使用條件下載荷譜。實(shí)際載荷由于受到車輛等諸多因素影響而有相稱大離散性，它嚴(yán)重地影響了載荷譜最大應(yīng)力幅值、分布函數(shù)及所有循環(huán)數(shù)。為了對(duì)疲勞壽命進(jìn)行精確評(píng)價(jià)，必要懂得設(shè)計(jì)譜存在概率，并且考慮實(shí)際載荷離散性，才可以擬定構(gòu)造可靠疲勞壽命。20世紀(jì)60年代，世界上第一條高速鐵路建成，自那時(shí)起，某些國(guó)外高速鐵路發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)進(jìn)一步研究機(jī)車車輛構(gòu)造輕量化帶來(lái)核心構(gòu)造部件疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命預(yù)測(cè)問(wèn)題。其中，涉及日本對(duì)車軸和焊接構(gòu)架疲勞問(wèn)題研究；法國(guó)和德國(guó)采用實(shí)驗(yàn)臺(tái)仿真和實(shí)際線路相結(jié)合技術(shù)開發(fā)出實(shí)驗(yàn)用機(jī)車車輛疲勞分析辦法；英國(guó)和美國(guó)對(duì)轉(zhuǎn)向架合計(jì)損傷疲勞方面研究等等。在這些研究中提出了大量有效疲勞壽命預(yù)測(cè)研究辦法。1.2、國(guó)內(nèi)1.2.1

國(guó)內(nèi)疲勞研究現(xiàn)狀與辦法國(guó)內(nèi)鐵路有關(guān)科研院所對(duì)構(gòu)造疲勞壽命也展開了大量研究和分析，并且得到了諸多研究壽命預(yù)測(cè)辦法有效成果。疲勞壽命估算重要分為裂紋形成階段壽命估算和裂紋擴(kuò)展階段壽命估算兩某些。慣用疲勞壽命計(jì)算辦法涉及名義應(yīng)力壽命法、局部應(yīng)變壽命法和裂紋擴(kuò)展計(jì)算法。Ⅰ.S—N辦法名義應(yīng)力法,又稱S—N辦法,強(qiáng)調(diào)了長(zhǎng)疲勞壽命和耐久性限制,或者是假定疲勞失效不會(huì)發(fā)生時(shí)安全應(yīng)力。它以材料或零部件疲勞壽命曲線為基本,運(yùn)用名義應(yīng)力或局部應(yīng)力和壽命之間關(guān)系,重要應(yīng)用在線性彈性應(yīng)力分析中。S—N曲線也稱作應(yīng)力循環(huán)曲線,是闡明構(gòu)造疲勞過(guò)程重要辦法。這個(gè)辦法經(jīng)常被用在變化環(huán)境里,涉及那些幾乎沒(méi)有塑性長(zhǎng)壽命疲勞問(wèn)題,以及部件裂紋萌生或裂紋生長(zhǎng)等問(wèn)題。同步,該法重要應(yīng)用在循環(huán)載荷是彈性環(huán)境里,也就是意味著構(gòu)造限制在壽命軸疲勞循環(huán)數(shù)量必要不不大于10000次,這也是為了保證構(gòu)造沒(méi)有大塑性發(fā)生。事實(shí)上在不大于10000次循環(huán)環(huán)境,要使用S—N方程必要更加小心。普通要使用最后強(qiáng)度或者是真實(shí)斷裂應(yīng)力進(jìn)行分析。應(yīng)力法以循環(huán)應(yīng)力作為導(dǎo)致疲勞因素,壽命預(yù)測(cè)重要是應(yīng)力—循環(huán)曲線(S—N曲線)。它是由常幅加載實(shí)驗(yàn)獲得,盡管大某些狀況中實(shí)際工程構(gòu)造承受多是變幅載荷,但在疲勞壽命估算,依然有一定應(yīng)用價(jià)值。如果是變幅載荷,需要做出S—N曲線進(jìn)行修正。變化應(yīng)力時(shí)間歷程普通要進(jìn)行計(jì)數(shù),用累積頻次分布形式進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)計(jì)算。經(jīng)常使用如下公式表達(dá)整條S—N曲線:(σ-A)m

N=D

或σ=A(1+C/Nα)式中:1/m為S—N曲線負(fù)斜率;A為材料疲勞極限;D為材料常數(shù);α為S—N曲線負(fù)斜率;C為材料常數(shù)。Ⅱ.E—N辦法局部應(yīng)變法(也稱E—N法)以局部應(yīng)變?yōu)榛鶞?zhǔn)，局部應(yīng)變或應(yīng)變壽命法,普通參照裂紋萌生辦法,其關(guān)注僅僅是裂紋萌生;構(gòu)造疲勞壽命，普通是所有壽命(S—N或者名義應(yīng)變),以及裂紋產(chǎn)生或損傷誤差分析之和,關(guān)注是直到構(gòu)造斷裂產(chǎn)生循環(huán)數(shù)。E—N分析法使用循環(huán)應(yīng)力—應(yīng)變建模和Neuber彈塑性修正?？梢赃x取分析參數(shù)范疇,涉及平均應(yīng)力修正模型、置信度參數(shù)、制造細(xì)節(jié)(表面粗糙度)以及材料熱解決。Ⅲ.裂紋擴(kuò)展辦法Paris最早提出裂紋前沿應(yīng)力強(qiáng)度因子范疇ΔK和裂紋擴(kuò)展速率da/dN之間經(jīng)驗(yàn)關(guān)系是計(jì)算疲勞裂紋擴(kuò)展壽命基本[8]?；跀嗔蚜W(xué)裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)法重要用于較長(zhǎng)裂紋損傷容限設(shè)計(jì),近來(lái)這種辦法有被拓展到構(gòu)造耐久性分析領(lǐng)域趨勢(shì)。運(yùn)用不同技術(shù)這幾種辦法有不同精度。事實(shí)上預(yù)測(cè)總壽命、裂紋萌生和裂紋擴(kuò)展3種辦法很少在相似問(wèn)題上同步使用。這是由于不同設(shè)計(jì)理念決定了不同分析辦法。運(yùn)用這3種基本辦法可以分析構(gòu)造點(diǎn)焊、縫焊等各種焊接方式,以及旋轉(zhuǎn)構(gòu)造、振動(dòng)疲勞、復(fù)合多軸等疲勞壽命預(yù)測(cè)問(wèn)題。1.2.2國(guó)內(nèi)近期疲勞研究領(lǐng)域發(fā)展與突破近年來(lái)，隨著疲勞理論研究進(jìn)步和計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)迅猛發(fā)展，在發(fā)達(dá)國(guó)家鐵路行業(yè)，產(chǎn)品強(qiáng)度設(shè)計(jì)由本來(lái)重要根據(jù)靜強(qiáng)度指標(biāo)和無(wú)限壽命設(shè)計(jì)發(fā)展到定量壽命設(shè)計(jì)，大大提高了產(chǎn)品使用可靠性，并且減少了產(chǎn)品生產(chǎn)成本。當(dāng)代抗疲勞設(shè)計(jì)中使用了“一體化耐久管理”(IDM——IntegratedDurablityManagement)辦法，該辦法涉及虛擬分析和疲勞實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面，下面將從這兩個(gè)方面分別論述疲勞研究和應(yīng)用新發(fā)展。1、理論分析辦法發(fā)展——虛擬計(jì)算所謂“虛擬”計(jì)算就是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，使用軟件建立產(chǎn)品關(guān)于承載構(gòu)件有限元模型，使用軟件在虛擬“新產(chǎn)品構(gòu)件”上施加載荷進(jìn)行壽命計(jì)算并可重復(fù)調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)方案，這種計(jì)算所需時(shí)間短，費(fèi)用低，減少了產(chǎn)品開發(fā)周期和成本。由于疲勞理論發(fā)展結(jié)共計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)步．虛擬計(jì)算作為一種分析手段，也有諸多新并且以便實(shí)用辦法。重要涉及3個(gè)方面，它們分別是用S—N辦法估算全壽命、用局部應(yīng)力—應(yīng)變估算裂紋起始?jí)勖?、用Paris公式估算裂紋擴(kuò)展壽命。①使用PSD功率譜密度信號(hào)計(jì)算構(gòu)件全壽命老式上人們都是使用時(shí)域信號(hào)進(jìn)行壽命或損傷計(jì)算，時(shí)域信號(hào)普通是應(yīng)力、應(yīng)變或載荷。在時(shí)域中可以很以便地表達(dá)周期性信號(hào)，若用來(lái)完全地描述一種隨機(jī)過(guò)程，需要非常長(zhǎng)信號(hào)記錄，特別是對(duì)于有上個(gè)節(jié)點(diǎn)有限元模型施加幾十個(gè)通道載荷狀況下，使用時(shí)域信號(hào)計(jì)算模型壽命將非常困難，在這種狀況下，疲勞壽命計(jì)算可以在頻域里完畢。其重要過(guò)程是：一方面對(duì)有限元模型進(jìn)行頻響分析，求得載荷與構(gòu)造上應(yīng)力傳遞函數(shù)；然后，將傳遞函數(shù)乘以載荷功率譜密度函數(shù)得到應(yīng)力功率譜密度函數(shù)}最后使用關(guān)于辦法由應(yīng)力功率譜推算構(gòu)造壽命。[9]用應(yīng)力PSD信號(hào)計(jì)算構(gòu)件壽命辦法有2種：其一是直接使用PSD信號(hào)；其二是先依照PSD信號(hào)計(jì)算出應(yīng)力范疇循環(huán)數(shù)，再用它估算壽命。當(dāng)前，第2種做法使用較為流行。②預(yù)測(cè)多軸應(yīng)力狀態(tài)下構(gòu)件起始?jí)勖鄶?shù)狀況下，工程構(gòu)件所受載荷是多載荷復(fù)雜組合。這就使得構(gòu)件上某些點(diǎn)所受3個(gè)主應(yīng)力處在非比例狀態(tài)．主應(yīng)力方向往往也隨時(shí)變化，在這種應(yīng)力條件下疲勞就稱為多軸疲勞。多軸疲勞研究近來(lái)也有了新進(jìn)展，發(fā)展了一種新辦法。該辦法不但可以估算多軸應(yīng)力狀況下壽命，還可以以損傷極坐標(biāo)圖形式給出各個(gè)臨界面上損傷量。用這一辦法來(lái)估算始裂壽命分如下幾步：第一步，在承載構(gòu)件上核心點(diǎn)貼上應(yīng)變花測(cè)得3個(gè)應(yīng)變輸出，或者在有限元模型上貼虛擬應(yīng)變花，求得3個(gè)虛擬應(yīng)變輸出；第二步，依照3個(gè)應(yīng)變輸出用Mroz—Garud循環(huán)塑性模型計(jì)算該核心點(diǎn)別的應(yīng)力應(yīng)變分量；第三步，依照材料疲勞壽命曲線，用關(guān)于多軸疲勞損傷壽命模型計(jì)算壽命。[10]③預(yù)測(cè)形狀不規(guī)則裂紋擴(kuò)展壽命近來(lái)，有一種計(jì)算形狀不規(guī)則裂紋擴(kuò)展壽命新辦法得到了發(fā)展，該辦法是線彈性斷裂力學(xué)理論與有限元辦法結(jié)合。其重要內(nèi)容是一方面對(duì)含裂紋構(gòu)件進(jìn)行三維有限元網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格涉及裂紋塊和非裂紋塊，裂紋塊由于包括裂紋需要較細(xì)致劃分，而非裂紋塊可以劃分得較粗某些。裂紋塊和非裂紋塊組合可以使用多點(diǎn)位移約束法，使得兩者位移在其接觸面上保持一致，從而使組合后網(wǎng)格保持變形協(xié)調(diào)。疲勞裂紋擴(kuò)展后新網(wǎng)格生成可以只對(duì)裂紋塊進(jìn)行，非裂紋塊阿格保持不變。網(wǎng)格劃分完畢后，應(yīng)用四分之一點(diǎn)位移法或者三維J積分法計(jì)算裂紋擴(kuò)展前沿上各個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)力強(qiáng)度因子，J積分計(jì)算辦法有回路法和虛擬節(jié)點(diǎn)位移法。裂紋前沿曲線形狀可以由某些離散點(diǎn)(節(jié)點(diǎn))來(lái)定義，那么，就可以應(yīng)用Paris公式分別求這些節(jié)點(diǎn)上裂紋擴(kuò)展量(也就是這些節(jié)點(diǎn)位移量)Δa，據(jù)此可以擬定新裂紋前沿。該辦法可以模仿裂紋擴(kuò)展過(guò)程，跟蹤裂紋形狀發(fā)展變化，大大提高了裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)精度。2、疲勞實(shí)驗(yàn)使用軟件來(lái)仿真計(jì)算虛擬“新產(chǎn)品”作為抗疲勞設(shè)計(jì)一種手段，并不能代替疲勞實(shí)驗(yàn)，虛擬計(jì)算目是為了盡量地減少疲勞實(shí)驗(yàn)次數(shù)。新產(chǎn)品疲勞可靠性最后要通過(guò)疲勞實(shí)驗(yàn)來(lái)檢查，當(dāng)前國(guó)內(nèi)對(duì)鐵道車輛零部件疲勞實(shí)驗(yàn)，只可以做程序加載疲勞實(shí)驗(yàn)。如TB1959和TB1960所規(guī)定實(shí)驗(yàn)原則，用程序載荷譜加載疲勞實(shí)驗(yàn)普通只可以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行合格檢查或產(chǎn)品性能對(duì)比，不可以真正用于研究產(chǎn)品壽命。在國(guó)外，重要采用隨機(jī)載荷譜加載進(jìn)行疲勞實(shí)驗(yàn)來(lái)研究產(chǎn)品壽命這樣就徹底消除了程序載荷譜時(shí)高低載荷加載順序和各加載位置載荷相位差對(duì)構(gòu)件壽命影響。這種加載辦法可以較為真實(shí)地模仿構(gòu)件所承受載荷，使所得實(shí)驗(yàn)壽命可以真實(shí)地反映運(yùn)用壽命在各個(gè)構(gòu)件之間布置載荷傳感器十分困難，而在構(gòu)件上貼上應(yīng)變片則很以便，因此普通不能直接采集到構(gòu)件隨機(jī)載荷譜，只可以采集到構(gòu)件上某些點(diǎn)應(yīng)變譜。從運(yùn)用當(dāng)中構(gòu)件上采集應(yīng)變譜若直接用于疲勞實(shí)驗(yàn)，雖然實(shí)驗(yàn)壽命最為接近實(shí)際運(yùn)用壽命，但實(shí)驗(yàn)時(shí)間將與構(gòu)件實(shí)際運(yùn)用時(shí)間相稱，疲勞實(shí)驗(yàn)就失去了其意義。因此，要對(duì)采集應(yīng)變譜進(jìn)行某些編輯解決。合理疲勞編輯應(yīng)當(dāng)滿足2個(gè)方面，其一是通過(guò)編輯后信號(hào)與原始信號(hào)對(duì)構(gòu)件總損傷基本一致；其二是編輯先后信號(hào)所產(chǎn)主損傷分布基本一致。過(guò)去，用線性放大載荷信號(hào)或者用“等效”常幅載荷信號(hào)來(lái)加速疲勞實(shí)驗(yàn)做法，不符合上面所提第2個(gè)方面疲勞實(shí)驗(yàn)有單通道和多通道之分，疲勞編輯也有所區(qū)別．單通道編輯只編輯響應(yīng)信號(hào)(應(yīng)變譜)，多通道編輯需要同步編輯響應(yīng)信號(hào)(應(yīng)變譜)和驅(qū)動(dòng)信號(hào)(隨機(jī)載荷譜)。二、CW-200轉(zhuǎn)向架疲勞壽命預(yù)測(cè)實(shí)例圖1是轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架待評(píng)估位置:

圖1CW-200轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架待評(píng)估位置2.1

有限元模型圖2是CW-200轉(zhuǎn)向架有限元模型

圖2CW-200轉(zhuǎn)向架有限元模型有限元模型采用平面四節(jié)點(diǎn)單元，單元大小20mm。疲勞實(shí)驗(yàn)載荷涉及垂向載荷與橫向載荷，垂向載荷作用在空氣彈簧座上，橫向載荷作用在橫向減振器座上。2.2

疲勞實(shí)驗(yàn)載荷依照UIC原則：——垂直力（每個(gè)側(cè)架）(取α=0.2，β=0.1)靜態(tài)某些：FZS1=FZS2=FZ準(zhǔn)靜態(tài)某些（模仿曲線中滾動(dòng)）：FZQ1=FZQ2=+-αFZ動(dòng)態(tài)某些（跳動(dòng)模仿）：FZD1=FZD2=+-βFZ——橫向力（每個(gè)轉(zhuǎn)向架）準(zhǔn)靜態(tài)某些：FYQ=+-0.25*(FZ+0.5*m+*g)動(dòng)態(tài)某些：FYD=+-0.25*(FZ+0.5*m+*g)其中，F(xiàn)Z=135KN

m+*g=60KN

圖13－UIC原則中垂向動(dòng)載荷模式

圖14－UIC原則中橫向動(dòng)載荷模式由于產(chǎn)生疲勞破壞重要為動(dòng)態(tài)某些力，因此在疲勞評(píng)估時(shí)忽視靜態(tài)某些和準(zhǔn)靜態(tài)某些對(duì)疲勞壽命影響，因此需加疲勞載荷為：垂直力（每個(gè)側(cè)架）:ΔFZ=2*(0.2*135)=54KN橫向力（每轉(zhuǎn)向架）：ΔFY=2*[0.25*(135+0.5*60)]=82.5KN在UIC原則中,加載分三個(gè)階段，分別以1倍、1.2倍和1.4倍比例關(guān)系逐段強(qiáng)化，每個(gè)階段加載循環(huán)次數(shù)分別為6e106、2e106和e106次。

圖15－UIC原則中三段加載模式垂向力動(dòng)態(tài)某些與橫向力動(dòng)態(tài)某些作用頻率與相位均相似，因而視其為一種載荷事件。2.3

有限元計(jì)算按照《UIC515-4》實(shí)驗(yàn)室疲勞實(shí)驗(yàn)加載規(guī)定，一方面將其靜載到要有限元模中,然后基于動(dòng)載與靜載比例關(guān)系進(jìn)行應(yīng)力換算，即得動(dòng)載應(yīng)力△σ（任一點(diǎn)△σ值都可由下圖讀出）。圖3是某些有限元計(jì)算成果:

圖3－疲勞載荷作用下應(yīng)力云圖

2.4

S-N曲線選用將待評(píng)估點(diǎn)所處構(gòu)造細(xì)部與IIW原則鋼構(gòu)造細(xì)部疲勞強(qiáng)度值表中提供構(gòu)造細(xì)部對(duì)比，選取適當(dāng)類型FAT級(jí)別。CW-200轉(zhuǎn)向架構(gòu)架各點(diǎn)疲勞強(qiáng)度級(jí)別FAT值列入下表：

表1待評(píng)估位置FAT級(jí)別列表編號(hào)123456789101112131415接頭類型管接頭管接頭T型接頭管接頭T型接頭端部接頭管接頭端部接頭對(duì)接接頭對(duì)接接頭T型接頭非承載T接頭T型接頭管接頭T型接頭FAT5050805080455045717180100805080

依照各點(diǎn)疲勞強(qiáng)度級(jí)別FAT值，即可在IIW原則中（表2）查找相應(yīng)S-N曲線參數(shù),即m、C值。表2

IIW原則中各級(jí)別S-N曲線參數(shù)（MPa）Palmgren-Miner累積特性抗疲勞-S-N曲線修正值最初斜率m1=3.0，循環(huán)數(shù)5e6時(shí)常幅疲勞極限△σl,x二次斜率m2=5.0,在106循環(huán)時(shí)截止級(jí)別循環(huán)數(shù)N<5e6，m1=3時(shí)S-N曲線常數(shù)C常幅疲勞極限循環(huán)數(shù)N>5E6，m2=5時(shí)S-N曲線常數(shù)C截止極限25520018016014012511210090807163565045403632282522201816142.27e131.600e131.166e138.192e125.488e123.906e122.810e122.000e121.458e121.012e127.158e115.001e113.512e112.500e111.823e111.280e119.331e106.554e104.390e103.125e102.130e101.600e101.166e108.192e95.488e916614713311810392.182.573.766.358.952.346.441.336.833.229.526.523.620.618.416.214.713.311.810.36.261e173.474e172.052e171.139e175.840e163.313e161.913e161.086e166.411e153.558e151.959e151.078e155.980e143.393e142.004e141.112e146.565e133.643e131.869e131.060e135.596e123.474e122.052e121.139e125.840e1191.180.972.864.856.750.645.340.536.432.428.725.522.720.218.216.214.613.011.310.18.98.17.36.55.7

然后就可以依照邁納爾損傷累積理論計(jì)算疲勞壽命，這里為疲勞損傷比之和。疲勞壽命極限；（相應(yīng)i）合計(jì)損傷率D=計(jì)算成果列表如下：

表3

CW-200焊接構(gòu)架待評(píng)估點(diǎn)疲勞損傷比之和標(biāo)號(hào)FAT

垂向＋橫向1倍(加載6e6次)1.2倍(加載2e6次)1.4倍(加載2e6次)150應(yīng)力范疇2.533.5S-N曲線m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)疲勞壽命無(wú)限無(wú)限無(wú)限損傷比000累積損傷比0250應(yīng)力范疇11.213.4415.68S-N曲線m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)m=無(wú)C無(wú)疲勞壽命無(wú)限無(wú)限無(wú)限損傷比000累積損傷比0380應(yīng)力范疇9.911.8813.86S-N曲線m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)疲勞壽命無(wú)限無(wú)限無(wú)限損傷比000累積損傷比0450應(yīng)力范疇16.119.3222.54S-N曲線m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)疲勞壽命無(wú)限無(wú)限無(wú)限損傷比000累積損傷比0580應(yīng)力范疇41.649.9258.24S-N曲線m=5C=3.558e15m=5C=3.558e15m=5C=3.558e15疲勞壽命2.86e71.15e75.31e6損傷比0.210.1740.377累積損傷比0.761645應(yīng)力范疇18.822.5626.32S-N曲線m=5C=2.004e14m=5C=2.004e14m=5C=2.004e14疲勞壽命8.53e73.43e71.59e7損傷比0.070.0580.126累積損傷比0.254750應(yīng)力范疇3.13.724.34S-N曲線m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)疲勞壽命1.58e3無(wú)限無(wú)限損傷比000累積損傷比0845應(yīng)力范疇6.67.929.24S-N曲線m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)疲勞壽命無(wú)限無(wú)限無(wú)限損傷比000累積損傷比0971應(yīng)力范疇7.38.7610.22S-N曲線m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)疲勞壽命無(wú)限無(wú)限無(wú)限損傷比000累積損傷比01071應(yīng)力范疇11.013.215.4S-N曲線m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)疲勞壽命無(wú)限無(wú)限無(wú)限損傷比000累積損傷比01180應(yīng)力范疇26.531.837.1S-N曲線m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)m=5C=3.558e15疲勞壽命無(wú)限無(wú)限5.06e7損傷比000.04累積損傷比0.0412100應(yīng)力范疇37.244.6452.08S-N曲線m無(wú)C無(wú)m=5C=1.086e16m=5C=1.086e16疲勞壽命無(wú)限6.13e72.83e7損傷比00.0330.071累積損傷比0.1041380應(yīng)力范疇7.278.72410.178S-N曲線m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)疲勞壽命無(wú)限無(wú)限無(wú)限損傷比000累積損傷比01450應(yīng)力范疇8.279.92411.578S-N曲線m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)疲勞壽命無(wú)限無(wú)限無(wú)限損傷比000累積損傷比01580應(yīng)力范疇4.205.045.88S-N曲線m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)疲勞壽命無(wú)限無(wú)限無(wú)限損傷比000累積損傷比0

二、依照這一點(diǎn)接頭形式，查出相應(yīng)S-N曲線，辦法：1.UIC原則-------FAT值-----（判斷△σ和常幅疲勞極限、截止極限大小關(guān)系）-----m、c值----(由公式)----------疲勞壽命極限值N;2.同步△σ（疲勞載荷引起應(yīng)力范疇）相應(yīng)一種循環(huán)次數(shù)n；3.最后求得損傷比4.將疲勞載荷逐漸加強(qiáng)到1.2倍和1.4倍，重復(fù)以上過(guò)程，又會(huì)得到兩個(gè)損傷比；5.將三個(gè)損傷比相加，得到合計(jì)損傷比，并判斷與否不大于1（合格）

一、對(duì)于其他每一點(diǎn)重復(fù)以上過(guò)程，完畢對(duì)每一評(píng)估點(diǎn)合格與否檢查

編號(hào)123456789101112131415接頭類型管接頭管接頭T型接頭管接頭T型接頭端部接頭管接頭端部接頭對(duì)接接頭對(duì)接接頭T型接頭非承載T接頭T型接頭管接頭T型接頭FAT5050805080455045717180100805080

Palmgren-Miner累積特性抗疲勞-S-N曲線修正值最初斜率m1=3.0，循環(huán)數(shù)5e6時(shí)常幅疲勞極限△σl,x二次斜率m2=5.0,在106循環(huán)時(shí)截止級(jí)別循環(huán)數(shù)N<5e6，m1=3時(shí)S-N曲線常數(shù)C常幅疲勞極限循環(huán)數(shù)N>5E6，m2=5時(shí)S-N曲線常數(shù)C截止極限25520018016014012511210090807163565045403632282522201816142.27e131.600e131.166e138.192e125.488e123.906e122.810e122.000e121.458e121.012e127.158e115.001e113.512e112.500e111.823e111.280e119.331e106.554e104.390e103.125e102.130e101.600e101.166e108.192e95.488e916614713311810392.182.573.766.358.952.346.441.336.833.229.526.523.620.618.416.214.713.311.810.36.261e173.474e172.052e171.139e175.840e163.313e161.913e161.086e166.411e153.558e151.959e151.078e155.980e143.393e142.004e141.112e146.565e133.643e131.869e131.060e135.596e123.474e122.052e121.139e125.840e1191.180.972.864.856.750.645.340.536.432.428.725.522.720.218.216.214.613.011.310.18.98.17.36.55.7

標(biāo)號(hào)FAT

垂向＋橫向1倍(加載6e6次)1.2倍(加載2e6次)1.4倍(加載2e6次)150應(yīng)力范疇2.533.5S-N曲線m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)疲勞壽命無(wú)限無(wú)限無(wú)限損傷比000累積損傷比0250應(yīng)力范疇11.213.4415.68S-N曲線m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)m=無(wú)C無(wú)疲勞壽命無(wú)限無(wú)限無(wú)限損傷比000累積損傷比0380應(yīng)力范疇9.911.8813.86S-N曲線m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)疲勞壽命無(wú)限無(wú)限無(wú)限損傷比000累積損傷比0450應(yīng)力范疇16.119.3222.54S-N曲線m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)疲勞壽命無(wú)限無(wú)限無(wú)限損傷比000累積損傷比0580應(yīng)力范疇41.649.9258.24S-N曲線m=5C=3.558e15m=5C=3.558e15m=5C=3.558e15疲勞壽命2.86e71.15e75.31e6損傷比0.210.1740.377累積損傷比0.761645應(yīng)力范疇18.822.5626.32S-N曲線m=5C=2.004e14m=5C=2.004e14m=5C=2.004e14疲勞壽命8.53e73.43e71.59e7損傷比0.070.0580.126累積損傷比0.254750應(yīng)力范疇3.13.724.34S-N曲線m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)疲勞壽命1.58e3無(wú)限無(wú)限損傷比000累積損傷比0845應(yīng)力范疇6.67.929.24S-N曲線m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)疲勞壽命無(wú)限無(wú)限無(wú)限損傷比000累積損傷比0971應(yīng)力范疇7.38.7610.22S-N曲線m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)疲勞壽命無(wú)限無(wú)限無(wú)限損傷比000累積損傷比01071應(yīng)力范疇11.013.215.4S-N曲線m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)疲勞壽命無(wú)限無(wú)限無(wú)限損傷比000累積損傷比01180應(yīng)力范疇26.531.837.1S-N曲線m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)m=5C=3.558e15疲勞壽命無(wú)限無(wú)限5.06e7損傷比000.04累積損傷比0.0412100應(yīng)力范疇37.244.6452.08S-N曲線m無(wú)C無(wú)m=5C=1.086e16m=5C=1.086e16疲勞壽命無(wú)限6.13e72.83e7損傷比00.0330.071累積損傷比0.1041380應(yīng)力范疇7.278.72410.178S-N曲線m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)疲勞壽命無(wú)限無(wú)限無(wú)限損傷比000累積損傷比01450應(yīng)力范疇8.279.92411.578S-N曲線m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)疲勞壽命無(wú)限無(wú)限無(wú)限損傷比000累積損傷比01580應(yīng)力范疇4.205.045.88S-N曲線m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)m無(wú)C無(wú)疲勞壽命無(wú)限無(wú)限無(wú)限損傷比000累積損傷比0當(dāng)前，提速/重載在迎合社會(huì)需求同步，隨之也浮現(xiàn)了某些值得關(guān)注問(wèn)題，其中，機(jī)車車輛許多構(gòu)件，特別是焊接轉(zhuǎn)向架，服役不久頻繁發(fā)生疲勞斷裂，并導(dǎo)致了重大經(jīng)濟(jì)損失?？陀^上，由于提速/重載，機(jī)車車輛動(dòng)負(fù)荷加劇，然而，這但是是問(wèn)題外因，而內(nèi)因則是咱們對(duì)這些機(jī)車車輛裝備沒(méi)有注入與提速/重載相匹配且有相稱儲(chǔ)備抗疲勞能力。許多疲勞斷裂案例分析表白：在設(shè)計(jì)階段，咱們?nèi)酝Ａ粼诶鲜届o強(qiáng)度設(shè)計(jì)層次上，對(duì)焊接轉(zhuǎn)向架特別缺少抗疲勞設(shè)計(jì)理念，缺少相應(yīng)技術(shù)，缺少必要基本數(shù)據(jù)。因而，許多疲勞斷裂隱患始于設(shè)計(jì)階段。事實(shí)上，自從人們認(rèn)定“防止疲勞斷裂”是一種公認(rèn)難題以來(lái)，一種普遍被接受現(xiàn)實(shí)是：由于疲勞斷裂問(wèn)題難于從理論上建模，