结构振动疲劳特性及其试验方法研究

振动疲劳试验寿命确定方法研究_杨万均DOI:10.13952/ki.jofmdr.2019.02.022第28卷第2期2019年4月机械设计与研究MachineDesignandResearchVol．28No．2Apr．，20192343（2019）02-071-02文章编号：1006-振动疲劳试验寿命确定方法研究杨万均，施荣明（沈阳飞机设计研究所，E-mail：yangwanjun2019@sohu．com）沈阳110035，摘要：提出了一种确定振动疲劳试验寿命的方法，首先基于有限元分析获得2A12铝合金简支梁试件的裂纹长度与试件固有频率的关系曲线，借助断裂力学失效准则，计算试件在试验载荷下疲劳失效时的临界裂纹长度，根据临界裂纹长度对应的固有频率能够确定试件疲劳失效时固有频率下降的幅度，从而根据振动疲劳试停机时所经历的循环数即为振动疲劳的试验寿命。

该方法结合理论验固有频率跟踪控制技术确定停机标准，与实际，为振动疲劳试验寿命的确定提供了理论依据，统一了试验标准，并且在实际操作试验过程中容易操作，所得的结果安全可靠。

关键词：振动疲劳；裂纹扩展动应力强度因子；试验寿命中图分类号：V215．5文献标识码：AResearchontheConfirmationMethodofVibrationFatigueExperimentLifeYANGWan-jun，SHIRong-ming（ShenyangAircraftDesignandResearchInstitute，Shenyang110035，China）Abstract：Anovelmethodofdeterminingthevibrationfatigueexperimentlifewasproposedinthispap er．Firsttherelationshipbetweenthecracklengthandthemodalfrequencyofthealuminiu malloy2A12modelwasacquiredbyfiniteelementanalysis．Accordingtothefracturefailu rerule，thecriticalcracklengththespecimencanbecomputedatexperimentloadspectrum，thedecreasesoftheinherentfrequencywhenthespecimenfailuredcanbedetermined．Then thestoppingcriterionofvibrationfatigueexperimentscanbeconfirmedbytheinherentfrequencytrackingandcontrol-lingtechnology，andthetimeorcirclesexperiencedwhenstoppingisrightthevibrationfatigueexperiment life．Themethodprovidedtheoreticalcriterionfordetermingthevibrationfatigueexpe rimentlifebycombiningthetheoriesandapplications，andthecriterionofthevibrationfatigueexperimentwasunified．Itisalsoeasytooperat eandtheresultswasreliable．Keywords：vibrationfatigue；crackpropagation；dynamicstressintensityfactor；experimentlife9］提出以结构固有频率下降人员带来很大的困难。

结构振动疲劳技术结构振动疲劳技术在工程结构设计和维护中具有重要意义。

它研究结构在振动载荷下的疲劳行为，帮助工程师预测结构的寿命，采取适当的措施延长结构的使用寿命。

本文将介绍结构振动疲劳技术的基本原理、应用和发展方向。

结构振动疲劳技术的基本原理是通过研究结构在振动载荷下的疲劳行为来预测结构的寿命。

结构的振动载荷可以是自然产生的，也可以是外部施加的，例如机械振动、风振等。

结构在振动载荷下会发生应力、应变的变化，超过材料的疲劳极限会导致结构的损坏。

结构振动疲劳技术的应用可以分为结构设计和结构维护两个方面。

首先，结构设计阶段需要预测结构在整个使用寿命内的振动疲劳性能。

工程师需要根据结构的使用要求，并参考材料的应力-寿命曲线，预测结构的寿命，并选择适当的材料和结构形式来满足寿命要求。

其次，在结构维护阶段，工程师需要对结构进行定期检测和监测，以及根据实际的使用情况和疲劳损伤情况采取相应的维护措施，延长结构的使用寿命。

结构振动疲劳技术的发展方向主要包括以下几个方面。

首先，精确预测结构的振动疲劳性能是结构设计的关键。

工程师需要进一步研究不同材料和结构形式的振动疲劳特性，优化结构设计，提高结构的使用寿命。

其次，结构振动疲劳技术需要与其他技术相结合，例如结构动力学、材料力学等。

通过综合运用多种技术手段，能够更加准确地预测结构的振动疲劳性能，指导结构设计和维护工作。

另外，随着科技的发展，结构振动疲劳技术也可以应用于智能结构和无人机等领域。

利用传感器和数据处理技术，能够实时监测结构的振动疲劳情况，提供及时的预警和维护建议。

结构振动疲劳技术在很多领域具有广泛应用。

例如建筑工程、桥梁工程、飞机设计等。

这些工程结构长期受到振动载荷的作用，需要保证结构的安全性和可靠性。

结构振动疲劳技术可以帮助工程师预测结构的使用寿命，选择合适的材料和结构形式。

它还可以指导结构的维护工作，减少结构的损伤和维护成本。

综上所述，结构振动疲劳技术在工程结构设计和维护中具有重要意义。

双轴共振式风电叶片全尺寸结构疲劳测试理论与方法双轴共振式风电叶片全尺寸结构疲劳测试理论与方法随着能源需求的增长和环保意识的提高，风能成为一种可再生、清洁的能源来源备受关注。

在风能发电系统中，风电叶片是将风能转化为机械能的关键部件之一。

由于长期受到风力的作用，风电叶片容易出现疲劳损伤，影响其使用寿命和安全性能。

因此，疲劳测试对于了解风电叶片的疲劳性能以及提高其可靠性具有重要意义。

双轴共振式风电叶片全尺寸结构疲劳测试是一种广泛应用的方法，能够真实模拟风电叶片在实际工作环境中的受力情况，获取叶片在不同负荷条件下的疲劳特性数据。

本文将详细介绍双轴共振式风电叶片全尺寸结构疲劳测试的理论与方法。

首先，双轴共振式风电叶片全尺寸结构疲劳测试的理论基础是共振原理。

当叶片受到与其固有频率相同的载荷时，会出现共振现象，使叶片发生明显的振动。

利用共振原理可以在实验室中模拟风电叶片在实际工作条件下的共振振动，从而研究其疲劳损伤特性。

其次，双轴共振式风电叶片全尺寸结构疲劳测试的方法主要包括试验设备的搭建和试验过程的操作。

首先，需要建立一个能够模拟风力加载和叶片振动的实验台架。

实验台架上设有叶片固定装置和加载装置，分别用于固定叶片和施加负载。

在试验过程中，通过控制载荷的大小和频率，使叶片达到共振状态，并记录叶片在不同载荷下的振动响应。

双轴共振式风电叶片全尺寸结构疲劳测试须进行多组试验，通过改变载荷的振动频率和幅值来模拟不同工况下的叶片受力情况。

通过测量叶片的振动加速度、应变和应力等参数，可以获得叶片在不同工况下的振动响应和受力状态。

通过对多组试验数据的统计和分析，可以得出风电叶片在实际工作环境中的疲劳特性。

另外，为了对双轴共振式风电叶片全尺寸结构的疲劳性能进行更准确的评估，还可以通过有限元分析等数值模拟方法来验证试验结果，并进一步优化叶片结构和材料。

通过将试验结果与数值模拟结果进行对比分析，可以评估叶片的疲劳寿命和安全性能。

振动冲击对机械结构的疲劳破坏研究机械结构在长期使用和运行的过程中，往往会遭受振动冲击的影响，这对结构的可靠性和耐久性都会产生重大影响。

因此，对振动冲击对机械结构的疲劳破坏进行深入研究具有重要意义。

首先，振动和冲击是机械结构长期运行中不可避免的外部条件。

振动是指物体在空间中周期性或非周期性地摆动或震动，而冲击则是指物体突然受到的推拉力或撞击力。

这两种外部条件都会给机械结构带来疲劳破坏的风险。

其次，振动和冲击会导致机械结构的疲劳寿命减少。

振动会引起机械结构内部的应力和变形，如果振动频率接近结构的固有频率，就可能造成共振现象，进而导致结构的破坏。

冲击则是在很短的时间内对结构施加高强度的力，这样的冲击荷载往往会导致结构的瞬时破坏。

振动和冲击的持续作用会导致机械结构的疲劳寿命缩短，加速结构的老化过程。

此外，振动和冲击产生的能量也可能对机械结构的局部区域造成损伤。

当振动和冲击能量的频率达到或接近结构的固有频率时，结构的某些部位可能会出现共振现象。

在共振状态下，结构局部区域的位移和应力会变得非常大，从而导致该区域的损伤甚至破坏。

因此，在设计和使用机械结构时，需要尽量避免结构的固有频率与振动或冲击源的频率相近，以减少共振的风险。

在振动冲击对机械结构疲劳破坏的研究中，一种常见的方法是通过模拟试验来获取相关数据，并进行数值分析和建模。

试验中，将机械结构置于特定的振动或冲击环境中，记录下结构的响应。

通过分析试验数据，可以得到结构的疲劳寿命和振动冲击对结构的影响程度。

同时，利用数学模型和有限元分析等工具，可以更精确地了解结构的内部应力和变形分布，以及结构在不同振动冲击条件下的破坏模式。

此外，在振动冲击研究的过程中，还需要考虑到机械结构的材料特性和结构的几何形状对疲劳破坏的影响。

不同材料有不同的疲劳强度和韧性，这会直接影响结构的耐久性。

而结构的几何形状也会决定结构在振动和冲击下的应力集中程度，从而影响结构的破坏位置和方式。

振动环境下结构疲劳性能与寿命评估在振动环境下，结构的疲劳性能与寿命评估是非常重要的。

振动环境下的结构疲劳是指结构在受到周期性外力作用下，由于应力的累积作用而引起的结构破坏现象。

结构的疲劳性能评估旨在确定结构的劳寿命，以便预测结构在实际使用条件下的可靠性和安全性。

结构的疲劳性能与寿命评估涉及以下几个关键方面：振动环境分析：首先需要对振动环境进行分析，包括振动频率、振动幅值、振动周期等参数的测量和分析。

常用的方法包括现场振动测试、实验室振动台测试以及数值模拟等。

应力分析：振动环境下的结构会受到周期性外力的作用，这会引起结构内部应力的变化。

通过应力分析，可以确定结构在不同工况下的应力分布情况，从而评估结构的疲劳性能。

疲劳寿命预测：基于应力分析结果，可以采用疲劳寿命预测方法来评估结构的疲劳寿命。

常用的方法包括应力范围法、应力时间法、应力幅值法等。

这些方法基于材料的疲劳性能曲线和结构的应力历史，可以预测结构在不同工况下的疲劳寿命。

结构可靠性评估除了预测疲劳寿命，还需要对结构的可靠性进行评估。

可靠性评估包括确定结构的失效概率、可靠度指标等，以评估结构在振动环境下的安全性。

寿命评估与优化设计：通过对结构的疲性能评估，可以发现结构的疲劳弱点和寿命短板。

基于这些评估结果，可以进行结构的优化设计，包括改善材料性能、调整结构参数、增加支撑等措施，以提高结构的疲劳寿命和可靠性。

需要注意的是，振动环境下结构的疲劳性能与寿命评估是一个复杂的工程问题，需要综合考虑材料特性、结构形式、振动环境和设计要求等多个因素。

同时，疲劳性能评估的准确性也受到振动环境测试和应力分析等技术手段的限制。

因此，在进行结构疲劳性能评估时，需要综合运用实验、数值模拟和经验方法，以提高评估结果的准确性和可靠性。

总之，振动环境下结构的疲劳性能与寿命评估对于确保结构的安全可靠性至关重要。

通过对振动环境的分析、应力分析和疲劳寿命预测等方法的综合应用，可以评估结构的疲劳性能，并提出相应的优化设计方案，以提高结构的疲劳寿命和可靠性。

随机振动疲劳寿命预测方法研究随机振动是在振动研究中一个重要的方面，它不仅可以模拟复杂的工程问题，而且可以用于预测疲劳寿命的预测。

本文将介绍随机振动疲劳寿命预测方法的原理、主要方法及其应用，并对研究进展进行概述。

一、随机振动疲劳寿命预测方法原理随机振动疲劳寿命预测是根据测试发生在机械结构中的振动情况，通过数值方法和实验方法来估算结构的寿命。

振动通常是实际的受力原因，从而导致结构的早期疲劳和衰减，从而影响结构的使用寿命。

随机振动是一种不可预测的振动，它可能来自外部的环境或加载，也可能来自机械结构自身的动态特性。

一般来说，随机振动可以分为低频和高频两种。

低频随机振动来自恶劣的环境或罕见的加载，而高频随机振动则来自结构自身的动态特性。

通过将随机振动信号分解，其中的各个分量构成随机振动疲劳寿命预测的基础。

二、主要方法（1）加速度空间灰色关联分析法加速度空间灰色关联分析法是一种基于加速度信号（能量空间模型）的灰色预测技术。

根据监测加速度信号的空间相关性，本方法可以有效地提取其中的振动特征，并预测结构疲劳寿命。

它是一种分步灰色预测法，采用灰色关联数据变换（GCDT）算法来实现信号的分类，提取足够的特征向量，再采用灰色预测技术来估算疲劳寿命。

（2）加速度时域参数方法加速度时域参数方法是一种基于加速度信号的动态参数分析方法。

根据监测加速度信号，研究者从时间和频率上提取相关参数，如“振幅”、“峰值”、“峰值因子”、“保守系数”等，从而得到疲劳寿命的预测值。

本方法采用的参数较多，预测结果更加准确，但是计算复杂，要求更高。

三、应用随机振动疲劳寿命预测方法主要应用于汽车的发动机和传动系统的预测，同时也应用于船舶柴油机、发电机组、齿轮箱及其他链条系统的疲劳寿命预测。

在发动机和传动系统中，汽车设计者要求通过对随机振动进行分析和综合，来估算设计寿命，以实现安全可靠的汽车使用。

因此，结合动态负荷分布、结构比重和疲劳材料强度计算，此类测试结果常用于分析汽车动力总成和传动系统的疲劳设计要求，以实现安全可靠的设计寿命。

钢结构塔架的风振疲劳分析随着我国工业的快速发展，大型工业设施如钢结构塔架的需求不断增加。

然而，这些结构在服役期间会受到各种荷载的作用，其中风荷载是一种重要的不可忽视的因素。

风振疲劳问题是钢结构塔架设计中的关键问题之一，关系到结构的安全性和耐久性。

本文将针对钢结构塔架的风振疲劳问题进行深入分析。

关键词：钢结构塔架、风振疲劳、风荷载、疲劳寿命、抗疲劳设计概述风振疲劳是由于结构在风荷载作用下产生振动，导致结构内部产生交变应力而引起的疲劳破坏。

对于钢结构塔架而言，风振疲劳对其服役性能有重要影响。

风振疲劳的危害主要表现在降低结构的承载能力、增加结构变形以及引发结构断裂等。

因此，对钢结构塔架进行风振疲劳分析具有重要意义。

钢结构塔架的风振疲劳分析钢结构塔架在服役期间会受到风荷载的作用，其风振疲劳的产生主要有以下原因：（1）结构设计不合理，如结构形式、连接方式等；（2）材料选择不当，如材料的韧性、强度等；（3）制造和安装过程中产生的缺陷，如焊接变形、螺栓松动等。

针对这些原因，在进行钢结构塔架设计时，应采取相应的措施来降低风振疲劳的风险。

例如，优化结构设计、选用高强度材料、严格控制制造和安装质量等。

还可以采用防腐涂层等措施来提高结构的耐久性。

疲劳损伤因子的计算在风振疲劳分析中，疲劳损伤因子是一个重要的参数，用于描述结构在疲劳过程中损伤的程度。

常用的疲劳损伤因子计算方法有：（1）Miner-Palmgren方法：该方法基于Miner-Palmgren 累积损伤理论，考虑了应力幅值和平均应力的影响。

（2）Gerber方法：该方法基于Gerber损伤模型，考虑了裂纹扩展和闭合的过程，适用于估算结构的低周疲劳寿命。

在计算疲劳损伤因子时，应根据具体情况选择合适的计算方法。

同时，还应注意考虑其他影响因素，如环境因素、荷载作用次数等。

抗疲劳设计的建议根据前文对钢结构塔架风振疲劳的分析，提出以下抗疲劳设计的建议：（1）优化结构设计：合理选择结构形式和连接方式，以提高结构的抗风能力。