可靠性相關(guān)資料讀書報(bào)告.doc

可靠性相關(guān)資料讀書報(bào)告1. 基本定義： 可靠性的定義：所謂可靠性是指“產(chǎn)品在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的使用條件下，完成規(guī)定功能的能力或性質(zhì)”。可靠性的概率度量稱為可靠度（GJB451-90 ) ?？煽啃砸灿斜碚魉约盒再|(zhì)的定量參數(shù)，常用的可靠性參數(shù)有：可靠度、失效分布或壽命分布函數(shù)、概率密度函數(shù)、失效率、平均壽命、或平均故障間隔時(shí)間、有效度。 維修性的定義：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，按規(guī)定的程序和方法進(jìn)行維修時(shí)，保持或恢復(fù)到規(guī)定狀態(tài)的能力。維修性的概率度量稱維修度。(GJB451-90. GJB/Z91-97) 廣義可靠性(Generalized Reliability)：是指“產(chǎn)品在其整個(gè)壽命期限內(nèi)完成規(guī)定功能的能力”。它包括可靠性(即狹義可靠性)與維修性。由此可見(jiàn)，廣義可靠性對(duì)于可能維修的產(chǎn)品和不可能維修的產(chǎn)品有不同的意義。對(duì)于可能維修的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，除了要考慮提高其可靠性外，還應(yīng)考慮提高其維修性；而對(duì)于不可能維修的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，由于不存在維修的問(wèn)題，只需考慮提高其可靠性。 可用性定義：可用性是產(chǎn)品在任一隨機(jī)時(shí)刻需要和開(kāi)始執(zhí)行任務(wù)時(shí)，處于可工作或可使用狀態(tài)的程度?？捎眯缘母怕识攘糠Q可用度。這里已包括了維修的效用在內(nèi)。對(duì)于可能維修的產(chǎn)品，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，只要在允許的時(shí)間內(nèi)修復(fù)后又能正常工作，則其有效度與單一可靠度相比，是增加了正常工作的概率。2. 可靠性試驗(yàn)分類按照試驗(yàn)工作項(xiàng)目分：環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)、可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)、可靠性鑒定試驗(yàn)、可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)。按壽命試驗(yàn)分類：壽命試驗(yàn)、貯存壽命試驗(yàn)、加速壽命試驗(yàn)、環(huán)境試驗(yàn)。3. 可靠性理論的應(yīng)用結(jié)構(gòu)可靠性基本理論的研究始于二十世紀(jì)二十年代?？煽啃灾饕茄芯拷y(tǒng)計(jì)不確定性，且用概率來(lái)度量。結(jié)構(gòu)可靠性對(duì)相關(guān)力學(xué)學(xué)科的發(fā)展和新興學(xué)科分支的誕生，起到了很大的推動(dòng)作用。二十世紀(jì)七十年代發(fā)展了概率疲勞理論。二十世紀(jì)八十年代發(fā)展了概率斷裂學(xué)和隨機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)。現(xiàn)在結(jié)構(gòu)可靠性在航天、航空、車輛、土建等各個(gè)領(lǐng)域得到了成功的應(yīng)用。4. 可靠性應(yīng)用于機(jī)車車輛中的歷程現(xiàn)代機(jī)車車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念中，產(chǎn)品抗疲勞性能是重要標(biāo)志之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大約有80%90%的零件破壞是由疲勞引起的。新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中不僅要求結(jié)構(gòu)具有良好的可靠性(Reliability)、耐久性(Durability)，而且還要求結(jié)構(gòu)盡可能輕量化(Lightweight)，以便提高結(jié)構(gòu)承載能力和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期極大的縮短，結(jié)構(gòu)輕量化和耐久性設(shè)計(jì)也越來(lái)越受到重視，結(jié)構(gòu)疲勞可靠性對(duì)機(jī)車車輛結(jié)構(gòu)運(yùn)行的安全性來(lái)說(shuō)尤為重要，但與結(jié)構(gòu)輕量化常常出現(xiàn)矛盾。因此，結(jié)構(gòu)疲勞可靠性成為當(dāng)前現(xiàn)代機(jī)車車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究的一個(gè)重點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)。機(jī)車車輛結(jié)構(gòu)疲勞可靠性主要研究?jī)?nèi)容就是其結(jié)構(gòu)部件的疲勞壽命。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)結(jié)構(gòu)疲勞壽命研究主要趨勢(shì)之一就是采用物理失效(PhysicsFailure)方法去設(shè)計(jì)和預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)疲勞壽命，即直接或間接控制施加在結(jié)構(gòu)部件上的載荷時(shí)間歷程，分析結(jié)構(gòu)部件的疲勞損傷失效，同時(shí)確定其有效的壽命。4.1 國(guó)外研究狀況及發(fā)展自19世紀(jì)上半葉以來(lái)，許多國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者都為疲勞研究和發(fā)展做出了開(kāi)拓性的研究和貢獻(xiàn)。現(xiàn)代結(jié)構(gòu)疲勞分析也已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)包含多學(xué)科的研究分支和領(lǐng)域。R.K.Luo，B L Gabbitas(1994)等較早提出利用有限元疲勞設(shè)計(jì)方法對(duì)地鐵車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的疲勞壽命進(jìn)行估算。整個(gè)分析過(guò)程分為五部分，其中包括：軌道不平順的定義和測(cè)量；車輛建模和輪軌外形描述；獲得鐵路車輛懸掛系統(tǒng)的載荷歷程；車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析以及構(gòu)架的應(yīng)力評(píng)估；轉(zhuǎn)向架構(gòu)架疲勞壽命評(píng)估。整個(gè)研究的對(duì)象為一輛典型的倫敦地鐵車輛，動(dòng)力學(xué)分析采用VAMPIRE軟件，有限元采用PAFEC軟件包，其疲勞計(jì)算結(jié)果和實(shí)際運(yùn)行車輛試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比顯示了良好的一致性。這種基于實(shí)際車輛軌道運(yùn)行的轉(zhuǎn)向架而進(jìn)行的疲勞設(shè)計(jì)方法，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)用被證明是可能的。Stefan Dietz(1998)等根據(jù)輕量化設(shè)計(jì)的貨運(yùn)機(jī)車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)，提出了一種承受隨機(jī)動(dòng)載的結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測(cè)方法。該法主要基于結(jié)構(gòu)在頻域和時(shí)域的混合計(jì)算預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)疲勞壽命。這種方法可以有效節(jié)省計(jì)算機(jī)分析機(jī)時(shí)。它利用一種并行的計(jì)算機(jī)軟件仿真環(huán)境，即集成計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)，有限元法(FEM)和多體系統(tǒng)(MBS )方法對(duì)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測(cè)。其基本過(guò)程是：通過(guò)多體仿真計(jì)算得到作用在構(gòu)架上的隨機(jī)動(dòng)載荷(考慮構(gòu)架的彈性影響)。對(duì)于運(yùn)行在直線軌道上的轉(zhuǎn)向架，動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)方程考慮成線性關(guān)系，此時(shí)軌道激勵(lì)主要是軌道不平順的功率譜；在產(chǎn)生較大動(dòng)載的斜坡軌道或是曲線軌道運(yùn)行時(shí)，動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)方程通過(guò)非線性微分方程進(jìn)行仿真計(jì)算，這時(shí)的軌道激勵(lì)主要是軌道的隨機(jī)不平順。根據(jù)多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的仿真計(jì)算得到載荷時(shí)間歷程和有限元法求得構(gòu)架的應(yīng)力SIC相乘疊加求得構(gòu)架的動(dòng)應(yīng)力分布，最后在多體系統(tǒng)(MBS )的后處理FATIGUE程序中，運(yùn)用雨流計(jì)數(shù)法和Palmgren-Miner法則進(jìn)行構(gòu)架疲勞壽命的預(yù)測(cè)。Hong Su(2000)提出一種頻域的結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，即通過(guò)模擬汽車的隨機(jī)振動(dòng)過(guò)程，得到結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的加速度和動(dòng)應(yīng)力響應(yīng)及其功率譜密度，并結(jié)合有限元分析技術(shù)、隨機(jī)振動(dòng)和疲勞累積損傷理論對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行后處理，估算出結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)主要是通過(guò)應(yīng)用MSC.NASTRAN頻響分析模塊進(jìn)行計(jì)算，隨機(jī)響應(yīng)的統(tǒng)計(jì)特征通過(guò)PSD函數(shù)進(jìn)行描述，并計(jì)算了承受多通道載荷激勵(lì)的后軸裝配結(jié)構(gòu)的疲勞損傷和壽命，結(jié)論是采用隨機(jī)振動(dòng)分析方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)疲勞壽命估算所需仿真費(fèi)用相對(duì)較低。 Srikantan S.，YerrapaIli S.和Keshtakar H(2000)討論了使用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行卡車車體結(jié)構(gòu)的耐久性以及疲勞分析的方法。研究重點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)可靠性分析和疲勞分析應(yīng)力/應(yīng)變強(qiáng)度分析方法的不同，同時(shí)研究了現(xiàn)場(chǎng)路面測(cè)試的車輛數(shù)據(jù)如何應(yīng)用在車輛疲勞壽命的仿真中。結(jié)構(gòu)應(yīng)力由MSC.NASTRAN確定，而結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測(cè)利用MSC.FATIGUE進(jìn)行。如果結(jié)構(gòu)壽命達(dá)不到疲勞設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，樣機(jī)的結(jié)構(gòu)就需要進(jìn)行重新優(yōu)化設(shè)計(jì)并修改。Medepalli和Rao(2000)討論了車輛疲勞設(shè)計(jì)需要的路面載荷。文獻(xiàn)中主要討論如何在車輛設(shè)計(jì)早期階段利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)預(yù)測(cè)路面載荷狀況。多體系統(tǒng)利用ADAIvf進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，從仿真中獲得結(jié)果文件用來(lái)分析路面載荷，結(jié)果表明柔性體的模型更接近實(shí)際測(cè)量的路面載荷。H.Riener ，D.Peiskammer，W.Witteveen(2001)比較了兩種不同的有限元疲勞壽命預(yù)測(cè)方法。對(duì)汽車前懸架利用模態(tài)應(yīng)力法和準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力法預(yù)測(cè)懸架結(jié)構(gòu)壽命。在對(duì)懸架結(jié)構(gòu)進(jìn)行多軸準(zhǔn)靜態(tài)的疲勞壽命預(yù)測(cè)中，不僅考慮由于結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生的應(yīng)力，還考慮了結(jié)構(gòu)柔性的影響，以及輪胎模型和各種路面狀況影響因素，整車的多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件采用ADAMS，耐久性分析采用軟件FEMFAT。最后得出了兩點(diǎn)結(jié)論：基于結(jié)構(gòu)切向力(CuttingForce)的結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測(cè)容易導(dǎo)致不真實(shí)的結(jié)果；基于模態(tài)應(yīng)力法可以比較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的彈性變形影響。KIM H. S，YIM.H.J.和Kim C.B. (2002)使用DADS對(duì)仿真車輛進(jìn)行剛、柔體混合建模及多體動(dòng)力學(xué)分析，同時(shí)增加了結(jié)構(gòu)的耐久性評(píng)估。研究對(duì)象選擇的是一輛小型客車，動(dòng)應(yīng)力分析使用MSC.NASTRAN，對(duì)于結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)區(qū)域的疲勞壽命采用局部應(yīng)變法進(jìn)行預(yù)測(cè)。從疲勞分析中，確定了某一頻域內(nèi)疲勞損傷發(fā)生主要是依賴于路面的狀況(服役的路面狀況或是加速度測(cè)試路面的線路狀況)。研究結(jié)果同時(shí)表明車輛真實(shí)的服役環(huán)境可通過(guò)一個(gè)加速度的測(cè)試環(huán)境進(jìn)行有效的模擬。由于可以使用多體仿真獲得真實(shí)服役環(huán)境疲勞分析所需要的應(yīng)力歷程結(jié)果，因此這種方法可以在設(shè)計(jì)的早期階段實(shí)施。Sigmund Kyrrre As(2002)在其博士論文中結(jié)合鋁合金汽車懸架，系統(tǒng)闡述了結(jié)構(gòu)的有限元疲勞評(píng)估方法，主要是根據(jù)單軸疲勞評(píng)估方法預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)疲勞壽命并和臨界面法的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了比較。文中采用FEDEM進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真，利用nSoft進(jìn)行懸架的疲勞壽命預(yù)測(cè)。利用MATLAB對(duì)動(dòng)載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。結(jié)果表明結(jié)構(gòu)有限元模型的準(zhǔn)確度極大的影響著結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)的精度，不同單元網(wǎng)格的劃分會(huì)導(dǎo)致壽命預(yù)測(cè)誤差達(dá)到幾倍。Gerber的平均應(yīng)力修正法要比Goodman和SWT(Smith-Watson-Topper)修正法的壽命預(yù)測(cè)結(jié)果更加趨于保守。 James Andrew(2003)在其博士論文中利用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的多項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合多體動(dòng)力學(xué)分析(DADS軟件)、有限元方法(MSC.NASTRAN軟件)、耐久性和可靠性分析(DRAW軟件)和由NASA開(kāi)發(fā)的疲勞裂紋擴(kuò)展分析軟件FLAGRO對(duì)軍用拖車進(jìn)行了結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測(cè)。主應(yīng)變測(cè)試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)采用了回歸分析法和主變量分析技術(shù)。還利用時(shí)頻復(fù)現(xiàn)技術(shù)，將路面譜PSD轉(zhuǎn)化為路面的時(shí)間激勵(lì)數(shù)據(jù)，將此結(jié)果和采用實(shí)際加速度測(cè)試的軌道譜進(jìn)行對(duì)比，表明該方法是有效的。 Mika(2003)在基于名義應(yīng)力和熱點(diǎn)應(yīng)力的焊接多軸疲勞壽命評(píng)估的博士論文中主要考慮了不同焊接接頭形式的多軸疲勞。焊接結(jié)構(gòu)的損傷參數(shù)主要以主應(yīng)力范圍、最大剪應(yīng)力范圍和修改的臨界面模型為主進(jìn)行壽命分析。 Shinichi CHIBA， Kimihiko AOYAMA和Kenji YANBU(2003)以卡車司機(jī)室為例，介紹了通過(guò)多體動(dòng)力學(xué)仿真獲得司機(jī)室輸入載荷，結(jié)合有限元分析進(jìn)行司機(jī)室結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測(cè)的方法。多體動(dòng)力學(xué)仿真采用ADAMS，有限元軟件使用MSC.NASTRAN，疲勞壽命預(yù)測(cè)采用FALLANCS軟件等。得出的結(jié)論是考慮彈性體模型的多體仿真結(jié)果可以使得司機(jī)室的輸入載荷具備足夠精度，并且基于多體仿真結(jié)果的應(yīng)力歷程可以使用在點(diǎn)焊和非點(diǎn)焊區(qū)域。Sung I1 SEO，Choon PARK，Ki Hwan KIM (2005)主要對(duì)某型鋁合金地鐵車輛的車體的結(jié)構(gòu)疲勞進(jìn)行動(dòng)載荷試驗(yàn)研究，建立了一種地鐵車輛的車體動(dòng)載荷測(cè)試方法。得出的結(jié)論是直接利用結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果研究車體結(jié)構(gòu)疲勞結(jié)果是不準(zhǔn)確的，應(yīng)該采用動(dòng)載荷測(cè)試方法。阿久津勝則等(1994)在混合結(jié)構(gòu)車體強(qiáng)度評(píng)價(jià)試驗(yàn)中主要對(duì)車體在垂直靜載下的疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)做了研究。具體方法是除了在車體上施加標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)條件下的垂直靜載荷外，同時(shí)考慮運(yùn)行時(shí)車體上下振動(dòng)等因素引起的相當(dāng)于0.98 m/s2加速度的動(dòng)態(tài)垂直交變載荷。疲勞強(qiáng)度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是以疲勞試驗(yàn)前后所進(jìn)行的靜載荷試驗(yàn)測(cè)定的應(yīng)力、車體撓度和用重錘落下法確定的車體垂直彎曲固有振動(dòng)頻率的變化情況來(lái)判定。從上述文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，目前國(guó)外對(duì)一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)，尤其車輛結(jié)構(gòu)(包括鐵路和公路)的疲勞研究發(fā)展趨勢(shì)主要是利用多體動(dòng)力學(xué)仿真和有限元分析相結(jié)合的方法，從時(shí)域或頻域的角度研究其疲勞壽命，然后通過(guò)試驗(yàn)手段驗(yàn)證其方法的有效性以及在車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的早期階段利用仿真的手段部分代替疲勞試驗(yàn)。這也說(shuō)明利用多體動(dòng)力學(xué)仿真和有限元方法相結(jié)合的手段可以有效地預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)疲勞特性。4.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀及發(fā)展 國(guó)內(nèi)機(jī)車車輛結(jié)構(gòu)疲勞研究狀況和國(guó)外相比依然有很大的差距，疲勞研究的重點(diǎn)也主要停留在一些關(guān)鍵結(jié)構(gòu)零部件，如轉(zhuǎn)向架構(gòu)架，車軸等的抗疲勞設(shè)計(jì)上。一般使用常規(guī)無(wú)限壽命設(shè)計(jì)方法對(duì)零部件危險(xiǎn)點(diǎn)或危險(xiǎn)截面進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核，以計(jì)算獲得的安全系數(shù)是否小于許用安全系數(shù)，作為結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度滿足與否的重要判斷依據(jù)。下面結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)國(guó)內(nèi)疲勞的研究狀況進(jìn)行簡(jiǎn)單的論述： 北京交通大學(xué)繆龍秀、孫守光、呂澎民等對(duì)提速客車轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架應(yīng)力譜的測(cè)試方法，疲勞危險(xiǎn)部位的確定及應(yīng)力譜編制方法等進(jìn)行了系統(tǒng)研究。呂澎民等根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)理論以及疲勞損傷原理，建立了結(jié)構(gòu)在隨機(jī)載荷譜的作用下可靠性疲勞壽命的計(jì)算方法，利用實(shí)際測(cè)量的程序載荷譜和焊接接頭疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)構(gòu)架進(jìn)行了實(shí)例計(jì)算，并將恒幅載荷下的計(jì)算結(jié)果對(duì)焊接轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)可靠性疲勞壽命的預(yù)估方法進(jìn)行了深入的研究。劉志明在其博士論文中對(duì)隨機(jī)載荷下焊接構(gòu)架疲勞壽命及可靠性展開(kāi)了較為系統(tǒng)的研究。 鐵道部科學(xué)研究院王成國(guó)等在計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下，以CAD， FEM和MBS為基礎(chǔ)，對(duì)新型的高速客車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架進(jìn)行詳細(xì)的動(dòng)應(yīng)力分析，并根據(jù)這些動(dòng)應(yīng)力，應(yīng)用MSC.FATIGUE分析預(yù)測(cè)構(gòu)架的疲勞壽命。青島四方車輛研究所劉德剛、侯衛(wèi)星等以轉(zhuǎn)8A轉(zhuǎn)向架側(cè)架為例，介紹了有限元技術(shù)應(yīng)用于構(gòu)件疲勞壽命分析的過(guò)程，按照準(zhǔn)靜態(tài)分析法將有限元分析得到的靜態(tài)應(yīng)力與實(shí)際測(cè)量的載荷時(shí)間歷程相結(jié)合得到模型上各點(diǎn)的應(yīng)力時(shí)間歷程，結(jié)合ZG230-450材料的S-N關(guān)系曲線進(jìn)行側(cè)架結(jié)構(gòu)整體的疲勞壽命計(jì)算，有限元軟件采用I-DEAS軟件，疲勞分析軟件是FE-Fatigue。 原上海鐵道大學(xué)虞麗娟、沈鋼、于慧等根據(jù)機(jī)車實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，用計(jì)算機(jī)仿真方法計(jì)算機(jī)車結(jié)構(gòu)部件的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，從而預(yù)測(cè)其疲勞壽命的方法，其中對(duì)SS-8B機(jī)車的牽引桿的疲勞壽命進(jìn)行了估算。原蘭州鐵道學(xué)院趙文禮、趙邦華等對(duì)車軸疲勞壽命的分析也做了較為系統(tǒng)的疲勞研究。 西南交通大學(xué)趙永翔提出了疲勞“有效短裂紋準(zhǔn)則”與“逆序局部觀測(cè)法”等成果。米彩盈提出BO-BO軸式機(jī)車轉(zhuǎn)向架焊接輕型化評(píng)定準(zhǔn)則，根據(jù)構(gòu)架整體結(jié)構(gòu)有限元法，用邊界元分析構(gòu)架側(cè)梁下蓋板橫向?qū)雍缚p的應(yīng)力分布，分析構(gòu)架蓋板產(chǎn)生疲勞裂紋原因。陽(yáng)光武、曾仲謀等在各自論文中結(jié)合頻域和時(shí)域?qū)C(jī)車車輛關(guān)鍵零部件的疲勞壽命進(jìn)行了相關(guān)研究。梁紅琴等對(duì)貨車車軸在時(shí)域進(jìn)行了隨機(jī)載荷作用下貨車車軸的疲勞應(yīng)力計(jì)算。 從這些鐵路相關(guān)文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)車車輛結(jié)構(gòu)的疲勞研究主要集中在關(guān)鍵結(jié)構(gòu)零部件的疲勞研究上，如結(jié)合構(gòu)架動(dòng)應(yīng)力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行頻譜分析，最后計(jì)算構(gòu)架疲勞。 國(guó)內(nèi)其他領(lǐng)域，如王海霞綜述了多體系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型的發(fā)展歷史及動(dòng)應(yīng)力求解的過(guò)程，并以客車骨架為例給出了計(jì)算動(dòng)應(yīng)力的步驟。姚一龍、李遏和薛濤明等計(jì)算了汽車結(jié)構(gòu)在不同類型路譜激勵(lì)下的位移、加速度動(dòng)應(yīng)力響應(yīng)。董保童等對(duì)隨機(jī)振動(dòng)載荷作用下的飛機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞壽命估算進(jìn)行了研究。張?chǎng)蔚韧ㄟ^(guò)對(duì)疲勞壽命影響因素的分析，采用改進(jìn)的BP網(wǎng)絡(luò)對(duì)疲勞壽命的計(jì)算進(jìn)行仿真。田宏辰等建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)面法模擬疲勞裂紋擴(kuò)展壽命的極限狀態(tài)方程，然后使用遺傳算法(CA)計(jì)算可靠性指標(biāo)。孫凌玉利用計(jì)算及仿真技術(shù)預(yù)測(cè)汽車車身零件的疲勞壽命。王雷和蔣培分別探討了多軸隨機(jī)應(yīng)力作用下的疲勞壽命評(píng)估方法。劉萬(wàn)峰，葉俊彥通過(guò)對(duì)某型車架的動(dòng)態(tài)應(yīng)變信號(hào)的統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)動(dòng)應(yīng)力大于3。值的概率給出一種結(jié)構(gòu)動(dòng)強(qiáng)度評(píng)價(jià)的簡(jiǎn)單方法。疲勞裂紋擴(kuò)展隨機(jī)模型及相關(guān)理論在一些文獻(xiàn)中也得到較為詳細(xì)的闡述。西南交通大學(xué)繆炳榮的博士論文中首次對(duì)隨機(jī)動(dòng)載作用下的機(jī)車車體結(jié)構(gòu)利用多體動(dòng)力學(xué)仿真和有限元分析相結(jié)合的方法進(jìn)行較為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)疲勞仿真研究。建立了整車的多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真、有限元分析和疲勞壽命預(yù)測(cè)的物理模型和數(shù)學(xué)模型。論文提出一種從軌道空間譜到時(shí)域軌道激勵(lì)的簡(jiǎn)單時(shí)頻轉(zhuǎn)換方法。利用子結(jié)構(gòu)和模態(tài)分析技術(shù)以及多體動(dòng)力學(xué)仿真與有限元分析接口程序FEMBS，研究機(jī)車車體結(jié)構(gòu)柔性影響。利用WAFO技術(shù)結(jié)合FE-Fatigue進(jìn)行車體結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)。即根據(jù)隨機(jī)過(guò)程的雨流矩陣分布和馬爾可夫鏈隨機(jī)過(guò)程理論，對(duì)車體結(jié)構(gòu)動(dòng)應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，并進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測(cè)。5. 結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計(jì)思想 結(jié)構(gòu)疲勞主要以結(jié)構(gòu)零部件、焊接接頭及整個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)為研究對(duì)象，研究結(jié)構(gòu)疲勞性能、抗疲勞設(shè)計(jì)、壽命估算和疲勞試驗(yàn)方法，還包括研究結(jié)構(gòu)形狀尺寸和工藝因素的影響以及提高結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的方法。結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析過(guò)程基本包含四部分內(nèi)容： 1）材料疲勞行為的準(zhǔn)確描述； 2）確定合適的載荷歷程； 3）建立合適的疲勞評(píng)估模型；4）識(shí)別模型中的危險(xiǎn)區(qū)域以及預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)疲勞壽命。經(jīng)常承受復(fù)雜應(yīng)力時(shí)間歷程的結(jié)構(gòu)部件，其失效普遍形式主要是疲勞(Fatigue)和斷裂(Fracture)等破壞形式，而總的結(jié)構(gòu)疲勞壽命包括裂紋萌生和裂紋擴(kuò)展兩個(gè)階段。5.1 名義應(yīng)力法名義應(yīng)力法，也稱S-N曲線法或應(yīng)力壽命法(Stress-life Method )，是最早形成的抗疲勞設(shè)計(jì)方法。主要以材料或零件的S-N曲線為基礎(chǔ)，對(duì)照試件或結(jié)構(gòu)疲勞危險(xiǎn)部位的應(yīng)力集中系數(shù)和名義應(yīng)力，按照疲勞累積損傷理論，校核疲勞強(qiáng)度或計(jì)算疲勞壽命。5.2 S-N曲線定義結(jié)構(gòu)失效可以定義為完整失效或是裂紋萌生到一定長(zhǎng)度。疲勞失效前所經(jīng)歷的應(yīng)力或應(yīng)變循環(huán)數(shù)，稱為疲勞壽命，一般用N表示。對(duì)于試樣而言，其疲勞壽命取決于材料的力學(xué)性能和施加的應(yīng)力水平。當(dāng)材料的強(qiáng)度極限愈高，外加的應(yīng)力水平愈低，試樣的疲勞壽命就愈長(zhǎng)；反之，疲勞壽命愈短。應(yīng)力水平和標(biāo)準(zhǔn)試樣疲勞壽命之間的關(guān)系曲線稱為材料S-N曲線。5.3 平均應(yīng)力及其修正 大量研究文獻(xiàn)表明，應(yīng)力時(shí)間歷程中的平均應(yīng)力很大程度上影響著結(jié)構(gòu)疲勞壽命評(píng)估的準(zhǔn)確性，且拉伸平均應(yīng)力縮短了疲勞壽命，而壓縮平均應(yīng)力可以增加疲勞壽命，也就是說(shuō)拉伸平均應(yīng)力比壓縮平均應(yīng)力更容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疲勞。且當(dāng)應(yīng)力幅值給定時(shí)，循環(huán)載荷中的拉伸部分增大，對(duì)于結(jié)構(gòu)疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展會(huì)產(chǎn)生負(fù)面效果，使得結(jié)構(gòu)疲勞壽命降低。平均應(yīng)力產(chǎn)生的影響可以在不同平均應(yīng)力下通過(guò)試件的試驗(yàn)進(jìn)行量化對(duì)比。但是這要求大量的疲勞試驗(yàn)，以及采集不同的載荷組合，試驗(yàn)費(fèi)用十分昂貴。因此簡(jiǎn)單的方法就被提出來(lái)，即通過(guò)一個(gè)等效的零平均應(yīng)力的應(yīng)力幅值去修正實(shí)際應(yīng)力幅值。在nSoft的應(yīng)力壽命模塊(SLF，Stress-LifeFatigue)中，可以利用Goodman和Gerber應(yīng)力修正。5.4 焊接疲勞焊接結(jié)構(gòu)疲勞預(yù)測(cè)的基本方法主要包括四種：名義應(yīng)力C Norminal Stress)法；結(jié)構(gòu)應(yīng)力(Structure Stress)法；有效切口應(yīng)力( Effective Notch Stress)法；線彈性斷裂力學(xué)(Linear Elastic Fracture Mechanics，簡(jiǎn)稱LEFM)法。5.5 疲勞累積損傷理論 不同研究者根據(jù)損傷累積方式的不同假設(shè)，提出不同的疲勞累積損傷理論，具有代表性的疲勞累積損傷理論主要分為. 1）線性疲勞累積損傷理論。假定材料在各個(gè)應(yīng)力水平下的疲勞損傷是獨(dú)立進(jìn)行的，總損傷可以線性疊加。其中最有代表性的是Palmgren-miner法則，以及將其修正的Miner法則和相對(duì)Miner法則。 2）雙線性疲勞累積損傷理論。認(rèn)為材料在疲勞初期和后期分別按照兩種不同的線性規(guī)律積累，代表性的是Manson雙線性損傷累積疊加法則。 3）非線性累積損傷理論。這些理論假定載荷歷程和損傷之間存在相互干涉作用，即各個(gè)載荷所造成的疲勞損傷與其以前的再和歷史有關(guān)，其中最有代表性的是損傷曲線法和Corten-Dolan理論。 4）其他累積損傷理論。這些理論多從試驗(yàn)，觀測(cè)和分析數(shù)據(jù)歸納出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)公式，如bevy理論，Kozin理論。疲勞累積損傷理論是疲勞分析的理論基礎(chǔ)，也是估算變應(yīng)力幅值下的安全疲勞壽命的關(guān)鍵理論。在疲勞過(guò)程中初期材料內(nèi)的細(xì)微結(jié)構(gòu)變化和后期裂紋形成和擴(kuò)展中，當(dāng)材料承受高于疲勞極限的應(yīng)力，每個(gè)循環(huán)都會(huì)使材料產(chǎn)生一定的損傷。5.5.1 Miner修正常用的疲勞累積損傷理論中一些方法都在努力解釋變幅循環(huán)作用下由小循環(huán)導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)損傷。目前非線性損傷模型(Non-Linear Damage Models)和小裂紋模型(Small Crack Models)都己經(jīng)被專家學(xué)者們提出來(lái)。由于傳統(tǒng)的S-N和E-N法主要是針對(duì)主應(yīng)力或主應(yīng)變。當(dāng)載荷方向發(fā)生改變或應(yīng)力/應(yīng)變狀態(tài)不同于單軸條件時(shí)，這種方法就不能有效預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)疲勞壽命，而多軸疲勞研究可以有效的解決這個(gè)問(wèn)題。研究多軸疲勞經(jīng)常采用臨界平面法，即首先通過(guò)分析多軸疲勞應(yīng)力應(yīng)變確定臨界平面，然后在臨界平面上建立多軸疲勞損傷參變量。根據(jù)確定臨界平面的依據(jù)不同，也就形成了不同的研究方法，如以最大剪應(yīng)變、最大主應(yīng)變或兩者某一線性組合為最大平面作為臨界平面的方法等，或者是根據(jù)確定臨界平面上損傷參量形式不同，形成如等效應(yīng)變法，能量密度法等。5.5.2 雨流計(jì)數(shù)法 常規(guī)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力歷程屬于變幅循環(huán)，任何兩個(gè)相鄰的峰值(或谷值)之間是不可能完全相同的，也就不可能僅用相鄰的峰值和谷值表示。因此需要使用一種合適的循環(huán)計(jì)數(shù)法進(jìn)行疲勞循環(huán)計(jì)數(shù)，將變化的載荷時(shí)間歷程轉(zhuǎn)化為一系列具有完整循環(huán)載荷的歷程。循環(huán)計(jì)數(shù)主要目的就是縮短和簡(jiǎn)化循環(huán)載荷時(shí)間歷程，便于結(jié)構(gòu)疲勞分析與應(yīng)力測(cè)試結(jié)果的處理。疲勞壽命估算和疲勞試驗(yàn)結(jié)果的可靠性很大程度上取決于載荷譜，而載荷譜的編制又與計(jì)數(shù)法有很大的關(guān)系。 從統(tǒng)計(jì)的角度分類，計(jì)數(shù)法分為單參數(shù)和雙參數(shù)法。前者包括只考慮載荷循環(huán)中的一個(gè)變量，如應(yīng)力范圍，方法有水平交叉法、范圍計(jì)數(shù)法等，主要用來(lái)消除載荷歷程中的高頻低振幅信號(hào)或配合損傷累積理論計(jì)算，但是忽略了載荷順序效應(yīng)。且由于這種方法只考慮某單一參數(shù)，不足以完整描述載荷循環(huán)的特征。雙參數(shù)法主要包括雨流計(jì)數(shù)法(Rainflow CountingMethod )，極小一極大計(jì)數(shù)法(Min-Max Counting Method)等。目前在國(guó)內(nèi)外結(jié)構(gòu)疲勞研究中廣泛使用的是雨流計(jì)數(shù)法，簡(jiǎn)稱雨流法。雨流法是由Matsuishi和Endo (1968)在其論文中考慮材料應(yīng)力應(yīng)變行為時(shí)提出的一種計(jì)數(shù)方法。優(yōu)點(diǎn)是部分考慮了載荷的次序效應(yīng)，且認(rèn)為塑性的存在是疲勞損傷的必要條件，將循環(huán)計(jì)數(shù)表示為應(yīng)力應(yīng)變的遲滯回線，即一個(gè)個(gè)封閉的遲滯環(huán)。5.6 結(jié)構(gòu)疲勞壽命估算方法傳統(tǒng)疲勞設(shè)計(jì)方法中，評(píng)估結(jié)構(gòu)疲勞壽命多數(shù)為循環(huán)載荷法，即根據(jù)線彈性結(jié)構(gòu)準(zhǔn)靜態(tài)情況下的有限元分析結(jié)果，結(jié)合材料S-N曲線進(jìn)行結(jié)構(gòu)疲勞分析。具體說(shuō)計(jì)算多種組合載荷作用下的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，找出結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)位置應(yīng)力/應(yīng)變分布狀況等，再根據(jù)材料Goodman曲線判定各部位的疲勞壽命是否滿足要求。該方法簡(jiǎn)單，可以參考相關(guān)疲勞設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和手冊(cè)。缺點(diǎn)是采用各向動(dòng)載荷系數(shù)的準(zhǔn)確性，可能極大的影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確度；且傳統(tǒng)方法只能確定結(jié)構(gòu)的疲勞壽命是否滿足基本疲勞設(shè)計(jì)要求，不能具體預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)疲勞壽命時(shí)間或運(yùn)行公里數(shù)等。5.6.1 結(jié)構(gòu)壽命評(píng)估的應(yīng)力分析 結(jié)構(gòu)疲勞壽命的估算可以分為裂紋形成階段壽命估算和裂紋擴(kuò)展階段壽命估算兩部分。要獲得準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)疲勞壽命首先需要準(zhǔn)確的載荷歷程，即對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力/應(yīng)變的分析計(jì)算，了解隨機(jī)動(dòng)應(yīng)力作用下結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)部位的疲勞損傷狀況，它可以分別在時(shí)域和頻域進(jìn)行。當(dāng)然與線路試驗(yàn)獲得結(jié)構(gòu)動(dòng)載荷時(shí)間歷程的方法相比，實(shí)際測(cè)量的動(dòng)載荷時(shí)間歷程要比利用常規(guī)載荷譜編制的載荷歷程方法獲得的動(dòng)載時(shí)間歷程準(zhǔn)確得多。但是實(shí)際測(cè)量結(jié)構(gòu)隨機(jī)動(dòng)載的前提是必須要有物理樣機(jī)lzl，因此利用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析可以獲得結(jié)構(gòu)載荷時(shí)間歷程成為當(dāng)前一種有效方法。下面對(duì)結(jié)構(gòu)有限元疲勞評(píng)估中的應(yīng)力分析方法先進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。使用下面的任何一種方法，可以得到動(dòng)態(tài)載荷作用下結(jié)構(gòu)部件得應(yīng)力應(yīng)變分析結(jié)果：1）標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)域法，包括準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力分析法；2）復(fù)雜的時(shí)域法，包括瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析法；3）一般的頻域法，包括諧響應(yīng)(應(yīng)力)分析法；4）復(fù)雜的頻域法，包括隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力分析法，主要采用譜分析方法。5.6.2 結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測(cè) 結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測(cè)也可以利用下面的兩種方法進(jìn)行。 1）利用標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)域方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)壽命計(jì)算。其主要過(guò)程是：首先計(jì)算結(jié)構(gòu)響應(yīng)的應(yīng)力/應(yīng)變時(shí)間歷程，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)應(yīng)力/應(yīng)變時(shí)間歷程的循環(huán)計(jì)數(shù)，最后根據(jù)疲勞累積損傷理論計(jì)算結(jié)構(gòu)疲勞壽命。結(jié)構(gòu)壽命評(píng)估的應(yīng)力分析可以采用準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力法或瞬態(tài)應(yīng)力分析法。 2）基于頻域的統(tǒng)計(jì)參數(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)壽命計(jì)算。其主要過(guò)程包括：首先對(duì)結(jié)構(gòu)有限元模型進(jìn)行頻響分析，求得載荷與結(jié)構(gòu)上應(yīng)力的傳遞函數(shù)；然后，將傳遞函數(shù)乘以載荷的功率譜密度函數(shù)得到應(yīng)力功率譜密度函數(shù)；評(píng)估指定應(yīng)力范圍的循環(huán)數(shù)；最后使用相關(guān)方法由應(yīng)力功率譜推算結(jié)構(gòu)壽命。結(jié)構(gòu)壽命評(píng)估的應(yīng)力分析可以采用諧響應(yīng)分析法和隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力分析法。6. 車體結(jié)構(gòu)可靠性疲勞壽命評(píng)估根據(jù)車體結(jié)構(gòu)動(dòng)應(yīng)力實(shí)測(cè)結(jié)果和采用多體動(dòng)力學(xué)與有限元法仿真獲得的車體結(jié)構(gòu)應(yīng)力/應(yīng)變歷程都可以計(jì)算車體結(jié)構(gòu)的損傷及其疲勞壽命，主要步驟包括：車體結(jié)構(gòu)應(yīng)力歷程的循環(huán)計(jì)數(shù)；每個(gè)載荷循環(huán)的損傷累積；疲勞損傷準(zhǔn)則的選擇等。論文提出預(yù)測(cè)車體結(jié)構(gòu)疲勞壽命方法的基本計(jì)算流程如下：l 建立準(zhǔn)確的車體結(jié)構(gòu)有限元模型，合理選擇單元的類型及其網(wǎng)格劃分尺寸，保證結(jié)構(gòu)準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力計(jì)算的效率和精度。l 通過(guò)機(jī)車多體動(dòng)力學(xué)仿真或動(dòng)應(yīng)力測(cè)試數(shù)據(jù)采集方法構(gòu)建輸入動(dòng)載荷歷程。l 執(zhí)行有限元分析，并對(duì)危險(xiǎn)點(diǎn)位置先通過(guò)粗網(wǎng)格進(jìn)行有效識(shí)別，然后使用精細(xì)網(wǎng)格對(duì)指定危險(xiǎn)點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)網(wǎng)格劃分和應(yīng)力分析。l 獲得危險(xiǎn)點(diǎn)位置的應(yīng)力/應(yīng)變歷程。l 分析載荷歷程，主要考慮：Von Mises應(yīng)力(如果危險(xiǎn)點(diǎn)處產(chǎn)生屈服和塑性變形，就要進(jìn)行彈塑性修正)；主應(yīng)力(Principal Stress)；剪切應(yīng)力(Shear Stress)；二軸率(Biaxial Ratio，二軸率是最小應(yīng)力和最大應(yīng)力的比值)；應(yīng)變張量的遷延性(Mobility of The StrainTensor)等。l 根據(jù)研究問(wèn)題復(fù)雜程度，選擇合適的疲勞評(píng)估方法方法，評(píng)估方法基本分為：?jiǎn)屋S疲勞評(píng)估(Uniaxial Fatigue Assessment )，成比率多軸疲勞評(píng)估(Proportional Multiaxial Fatigue Assessment)和非比率多軸疲勞評(píng)估(Non-Propportional Multiaxial Fatigue Assessment)，論文采用單軸疲勞評(píng)估。l 對(duì)車體結(jié)構(gòu)應(yīng)力/應(yīng)變歷程，選擇雨流計(jì)數(shù)法對(duì)載荷循環(huán)。l 對(duì)每個(gè)提取循環(huán)使用合適的疲勞損傷模型進(jìn)行失效的循環(huán)數(shù)求解。l 使用累積損傷方法計(jì)算疲勞壽命。會(huì)使用到MATLAB工具箱WAFO和疲勞分析軟件n5oft的FE-FATIGUE軟件包進(jìn)行車體結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測(cè)，它包含基于單軸應(yīng)力和應(yīng)變的疲勞評(píng)估方法。FE-FATIGUE有兩種基本輸入類型，即應(yīng)變儀(StrainGauge)歷程結(jié)果文件和有限元分析獲得節(jié)點(diǎn)應(yīng)力或應(yīng)變結(jié)果文件。應(yīng)力應(yīng)變分析，簡(jiǎn)稱SSA ( Stress-Strain Analysis)可以對(duì)幾種類型的結(jié)果文件進(jìn)行操作以及發(fā)現(xiàn)其主要特性，如主應(yīng)變、剪切應(yīng)變等的計(jì)算。應(yīng)力壽命和應(yīng)變壽命模塊可以分別稱為應(yīng)力壽命疲勞SLF(Stress-Life Fatigue)和危險(xiǎn)位置疲勞CLF ( Critical Location Fatigue )。這些可以采用應(yīng)力或應(yīng)變的載荷通道作為輸入。因此SSA必須要提前確定載荷方向。但是應(yīng)力/應(yīng)變分析并不適合復(fù)雜的載荷環(huán)境，即多軸的疲勞損傷模型。在nSoft中需要使用MLF ( Multiaxial )模塊根據(jù)應(yīng)變花，使用一到幾個(gè)多軸損傷模型預(yù)鍘復(fù)雜載荷作用下的疲勞壽命。論文對(duì)車體結(jié)構(gòu)在FE-FATIGUE中基于應(yīng)力的安全因子分析，獲得車體結(jié)構(gòu)的安全因子和結(jié)構(gòu)損傷分布。7. 轉(zhuǎn)向架構(gòu)架可靠性疲勞壽命評(píng)估構(gòu)架疲勞壽命具體分析流程如下：l 根據(jù)構(gòu)架的靜強(qiáng)度分析結(jié)果、焊縫容易失效的部位和疲勞失效的歷史數(shù)據(jù)等選定構(gòu)架的疲勞評(píng)估點(diǎn)的位置；l 在載荷譜的基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)化得到評(píng)估點(diǎn)的應(yīng)力譜或者動(dòng)應(yīng)力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)WAFO雨流技術(shù)獲得該點(diǎn)的應(yīng)力幅值譜；l 根據(jù)評(píng)估點(diǎn)所在焊接接頭類型細(xì)節(jié)，在IIW標(biāo)準(zhǔn)或者BS7608標(biāo)準(zhǔn)中選擇對(duì)應(yīng)的S-N曲線及相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)；l 基于Miner線性累積損傷理論，計(jì)算評(píng)估點(diǎn)的累計(jì)損傷；l 按照動(dòng)應(yīng)力譜所對(duì)應(yīng)的構(gòu)架運(yùn)行里程數(shù)，求出構(gòu)架的設(shè)計(jì)壽命(里程)。7.1 疲勞裂紋擴(kuò)展分析 上述工作完成后還要進(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)展分析。疲勞壽命預(yù)測(cè)的斷裂力學(xué)方法是基于裂紋擴(kuò)展的分析。應(yīng)力一壽命方法考慮的樣本是沒(méi)有任何缺欠的，但是斷裂力學(xué)方法假設(shè)樣本有初始裂紋存在。7.1.1 焊接缺欠的疲勞失效標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定方法實(shí)際焊接結(jié)構(gòu)不可能“完美無(wú)缺”，總會(huì)“有所欠缺”。按照“合于使用”(fitness-for-purpose)原則來(lái)評(píng)價(jià)含缺欠的焊接產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的合用性，已經(jīng)制定了數(shù)種標(biāo)準(zhǔn)，并且經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明是可行的。這些標(biāo)準(zhǔn)的主要依據(jù)是斷裂力學(xué)基于BS7910：金屬結(jié)構(gòu)裂紋驗(yàn)收評(píng)定方法指南標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)的GB/T19624-2004：在用含缺欠壓力容器安全評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。7.1.2 構(gòu)架耐久性裂紋擴(kuò)展壽命計(jì)算構(gòu)架可靠性裂紋擴(kuò)展壽命的計(jì)算，可以為構(gòu)架在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中制定合理的檢修周期提供建議，構(gòu)架的有限元模型采用ANSYS軟件中板殼單元來(lái)進(jìn)行。7.2 構(gòu)架模態(tài)對(duì)疲勞壽命的影響分析 在模態(tài)參數(shù)對(duì)鐵道客車結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度影響方面，隨著振動(dòng)模態(tài)理論及其相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，人們?cè)缫迅淖兞藘H僅依靠靜強(qiáng)度理論進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的觀念。研究表明，車輛承載結(jié)構(gòu)的靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)并不滿足良好的振動(dòng)特性，因此需要對(duì)車輛結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和對(duì)動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行評(píng)定。應(yīng)用模態(tài)分析的方法研究由于振動(dòng)引起的疲勞強(qiáng)度問(wèn)題是目前廣泛采用的研究手段。構(gòu)架結(jié)構(gòu)在運(yùn)行中大量遇到的是動(dòng)應(yīng)力問(wèn)題，增加靜強(qiáng)度并不能解決這類問(wèn)題，必須應(yīng)用動(dòng)力分析方法綜合判斷承載結(jié)構(gòu)在實(shí)際振動(dòng)條件下的強(qiáng)度問(wèn)題。有必要利用振動(dòng)和疲勞理論研究構(gòu)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度特別是固有頻率和振型與結(jié)構(gòu)疲勞特性之間的作用機(jī)理?？梢岳媚B(tài)疊加法思想研究構(gòu)架模態(tài)對(duì)其疲勞壽命的影響，為控制構(gòu)架的模態(tài)，避免有害模態(tài)的出現(xiàn)提供參考。7.3 構(gòu)架可靠性參數(shù)靈敏度分析 通過(guò)建立構(gòu)架的參數(shù)化有限元模型，選取構(gòu)架的材料屬性、幾何參數(shù)和載荷等作為隨機(jī)變量，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析得到其分布參數(shù)；以構(gòu)架一母材和焊縫部位疲勞薄弱環(huán)節(jié)的最大主應(yīng)力與其許用疲勞強(qiáng)度建立失效狀態(tài)函數(shù)；利用蒙特卡羅數(shù)值模擬方法，計(jì)算轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的可靠性參數(shù)靈敏度。依據(jù)分析結(jié)果，可以對(duì)影響構(gòu)架可靠性靈敏度比較大的隨機(jī)變量進(jìn)行控制和優(yōu)化，為設(shè)計(jì)高可靠性的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架提供參考。7.4 構(gòu)架加速壽命試驗(yàn)方法分析加速壽命試驗(yàn)是轉(zhuǎn)向架可靠性試驗(yàn)的重要部分，通過(guò)加速壽命試驗(yàn)既可以定量的預(yù)測(cè)鐵道車輛關(guān)鍵部件的壽命，又可以定性的發(fā)現(xiàn)失效部位以便于設(shè)計(jì)改進(jìn)?？紤]到鐵道車輛關(guān)鍵部件為大型焊接部件如轉(zhuǎn)向架構(gòu)架等，常規(guī)可靠性試驗(yàn)需要樣本數(shù)量多，成本高，部件壽命較長(zhǎng)，試驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)，因此采用加速壽命試驗(yàn)可以降低成木和縮短試驗(yàn)時(shí)間。利用加速壽命的思想，對(duì)構(gòu)架和構(gòu)架對(duì)應(yīng)焊接接頭進(jìn)行了疲勞試驗(yàn)，并可以通過(guò)焊接接頭的疲勞失效模型估計(jì)構(gòu)架的疲勞試驗(yàn)加速系數(shù)及疲勞壽命。經(jīng)過(guò)以上步驟，可以對(duì)轉(zhuǎn)向架的可靠性進(jìn)行一個(gè)很系統(tǒng)的評(píng)估。針對(duì)我國(guó)鐵道客車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架均采用鋼焊接結(jié)構(gòu)，滿足由于運(yùn)行速度的提高、載荷的增大、頻率范圍的擴(kuò)大以及復(fù)雜的焊接接頭形式使得轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的承載變得十分惡劣情況下的要求。參考文獻(xiàn)1 Luo，R.K，Gabbitas，B.L，Brickle.B.V Fatigue design in railvvay vehicle bogies based on dynamic simulation，vehicle，Vehicle System Dynamics.1996，25：449-459.2 DIETZ S，KNOTHE K，KORTUM W. 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