基于载荷谱的结构疲劳寿命预测技术研究及应用

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1、2016年第4期导弹与航天运载技术No.42016总第348期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo.348文章编号：1004-7182(2016)04-0078-05DOI：10.7654/j.issn.1004-7182.20160420基于载荷谱的结构疲劳寿命预测技术研究及应用张洋洋，何丽，刘琥，吴学雷（北京航天发射技术研究所，北京，100076）摘要：机械零件实际受载过程中往往承受复杂的随机载荷，对随机载荷的统计分析是疲劳全寿命设计的重要技术手段。研究了变幅载荷下有限寿命疲劳强度评价和寿命估算方法，结合跑车实测载荷谱，对某特

2、种车辆变速箱输入轴进行了疲劳寿命分析和预测。研究结果表明，这种机械结构的疲劳设计分析方法可为提高地面设备关键零部件的抗疲劳能力研究提供参考。关键词：载荷谱；疲劳；寿命预测；有限元+中图分类号：V553.19文献标识码：AApplicationandStudyonLoad-spectrum-basedFatigueLifePredictionTechniqueZhangYang-yang,HeLi,LiuHu,WuXue-lei(BeijingInstituteofSpaceLaunchTechnology,Beijing,100076)Abstract

3、:Thestatisticalanalysisoftheloadspectrumforengineeringcomponentisthebasisfordesignandfatiguelifeprediction,andalsoakeyfoundationforwhole-lifefatiguedesign.However,fatigueloadsalwaysrandomlyvarywithtime,whichmakethedeterminationofrandomfatigueloadverycomplicated.Thisarticlediscus

4、sesthefatiguelifepredictionmethodforvaryingloadconditions.Inassociationwiththetestedloadspectrum,fatigueanalysishasbeenconductedonainputshaftofagearbox.Themethodproposedbythisarticleisaneffectivewayforfatigueanalysisanddesign,andcanbeusedasusefulguidanceinimprovingtheanti-fatigu

5、eabilityforthekeycomponentsofland-basedequipments.Keywords:Loadspectrum;Fatigue;Lifeprediction;Finiteelementmethod0引言体跑车实测载荷，对其关键部位进行系统的疲劳寿命金属材料在应力或应变的反复作用下所发生的性分析和预测。[1]能退化叫做疲劳破坏。疲劳破坏是工程结构和机械失效的主要原因之一，引起疲劳失效的循环载荷的峰值1疲劳寿命预测的有限元方法往往远小于根据静态断裂分析估算出的安全载荷，因传统的结构件疲劳寿命预测方法比较单一，即采[2,3]此

6、，开展结构疲劳研究有重要意义。在汽车工业中，用等效载荷方法，通过材料的S-N曲线估算相同载荷转轴有50%以上是疲劳破坏，而变速器齿轮的疲劳失下结构的疲劳寿命。此方法方便易行，但对于理论分效高达60%，其他诸如机架、曲轴、齿轮、螺栓和焊析难以获得应力集中部位真实应力的问题，该方法并[4]接构件等的断裂，疲劳破坏也占很大比例。不适用。利用有限元在处理结构静载和动载下响应的近年来，因疲劳产生的结构失效使特种车辆关键巨大优势，本文拟开展基于有限元的结构件疲劳寿命部件的安全性和可靠性问题逐渐凸显，但由于分析手的分析和预测。对理论分析难以获得复杂结构件真实段的限制

7、，对该种破坏模式的有效分析和预测工作仍应力的状况，采用基于有限元仿真的疲劳分析方法，不够系统和完善。由于理论分析难以获得应力集中部获得结构件的实际载荷分布。同时，结合实测的载荷位的真实应力，本文在疲劳分析基本原理的基础上对谱，以及材料的S-N曲线，对结构件的关键部位进行某特种车辆变速箱的传动轴先开展有限元分析，模拟系统的疲劳寿命分析和预测，获取结构件的寿命分布其在最危险工况下的应力分布和载荷历程，再结合具云图。该技术路线如图1所示。收稿日期：2015-09-30；修回日期：2016-07-08作者简介：张洋洋（1988-），男，工程师，主要从事结构刚强

8、度分析、疲劳及断裂失效研究第4期张洋洋等基于载荷谱的结构疲劳寿命预测技术研究及应用79并且易于