15. 基于载荷谱的曲轴疲劳寿命计算研究—季炳伟
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基于多轴疲劳理论的曲轴结构等效疲劳研究
基于多轴疲劳理论的曲轴结构等效疲劳研究孙嵩松;俞小莉;李建锋【摘要】采用有限元法,对曲轴进行弯矩载荷作用下的应力分析,并应用坐标变换法对应力集中区域内的应力状态进行分析,确定曲轴的临界平面位置和疲劳损伤的类型.在此基础上选择合适的多轴疲劳损伤模型对由同种材料、不同结构的曲轴的疲劳极限载荷进行预测.预测与试验结果对比表明:传统的名义应力法在预测同种材料、且圆角半径相同的曲轴疲劳极限载荷时具有较高的准确度,但是在预测不同圆角的曲轴的疲劳极限载荷时,误差较大;而采用经典的KBM多轴疲劳损伤模型,能有效准确地预测不同圆角的曲轴的疲劳极限载荷.【期刊名称】《汽车工程》【年(卷),期】2016(038)008【总页数】5页(P1001-1005)【关键词】发动机曲轴;多轴疲劳损伤模型;临界平面;疲劳极限载荷【作者】孙嵩松;俞小莉;李建锋【作者单位】浙江大学动力机械及车辆工程研究所,杭州310027;浙江大学动力机械及车辆工程研究所,杭州310027;潍柴动力杭州分公司,杭州310012【正文语种】中文曲轴等发动机零部件在实际工作过程中，一些关键部位如圆角、油孔等由于截面形状的突变，会产生应力集中现象，往往是导致疲劳失效的来源[1]。
针对该类问题，近年来国内外的一些学者做了大量的工作。
其中Taylor提出了裂纹模拟技术，通过构造与构件应力梯度一致的标准裂纹体，对同样材料属性、不同结构的构件的疲劳极限载荷进行预测，但是由于二者之间应力状态的本质差异，预测结果有时会导致较大的误差[2-5]；同时Taylor提出了临界距离理论，通过对一定范围内的应力状态进行分析，取得了更为准确的疲劳极限预测结果[6-8]。
国内方面，文献[9]中利用Isight平台，定量分析了曲轴主要的结构参数对其疲劳强度的影响，并与试验结果进行了对比；针对传统裂纹模拟技术的不足，文献[10]中提出了利用等效缺口件预测曲轴的疲劳极限载荷，取得了更准确的预测结果；文献[11]和文献[12]中采用多体动力学计算了曲轴和轴承座在循环工况内的复合载荷作用下的疲劳寿命，取得了更具指导意义的结论。
【CN109857977A】一种变温振动下基于频域的疲劳寿命计算方法【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910174104.7(22)申请日 2019.03.08(71)申请人 北京工业大学地址 100124 北京市朝阳区平乐园100号(72)发明人 尚德广 李冰垚 刘鹏程 王金杰 李志高 李磊 (74)专利代理机构 北京思海天达知识产权代理有限公司 11203代理人 沈波(51)Int.Cl.G06F 17/10(2006.01)(54)发明名称一种变温振动下基于频域的疲劳寿命计算方法(57)摘要本发明公开了一种变温振动下基于频域的疲劳寿命计算方法，该方法的步骤为：采集承热结构关键位置的振动应力-时间载荷历程与温度时间载荷历程进行分离，分解成两个信号，通过快速傅里叶变换，生成载荷谱的功率谱密度谱；进行统计学参数归纳，分别确定自相关函数；采用Dirlik法，计算得到振动载荷的雨流幅值概率密度函数；将温度区间按照划分区间的时间间隔进行赋权，分别计算不同温度下的S -N曲线参数与振动载荷的雨流幅值概率密度函数相结合下的疲劳损伤，并将各个温度区间下的疲劳损伤与其对应的权值相乘，最后累加得到连续变温下振动疲劳的总疲劳损伤。
通过与传统时域方法对比结果说明该方法能很好可以对飞行器关键承热结构的损伤做出较好预测。
权利要求书2页 说明书4页 附图2页CN 109857977 A 2019.06.07C N 109857977A1.一种变温振动下基于频域的疲劳寿命计算方法，其特征在于：实现该方法的步骤为，实现该方法的其步骤为：步骤1)：采集承热结构关键位置的振动应力-时间载荷历程与温度时间载荷历程进行分离，分解成两个信号；步骤2)：将步骤1)采集到的振动应力-时间载荷历程，通过快速傅里叶变换FFT，生成可反馈振动特征的应力振动频谱；步骤3)：将步骤2)处理得到的应力振动频谱进行统计学参数归纳，分别确定自相关函数R X (τ)，双边功率谱密度S X (ω)，单边功率谱密度W X (ω)：R X (τ)＝E[X(t)·X(t+τ)]其中τ为振动信号的时移，ω为角频率；步骤4)：根据步骤3)中的相关参数，进一步计算得到期望平均正向穿速率ν0，期望峰值穿越率νp ，以及表征随机过程带宽特性的带宽系数族αm：其中λ0，λ2，λ4分别为随机振动信号的0阶，2阶，4阶谱矩，由下式计算得到：步骤5)：根据步骤4)中计算获得的振动载荷信号功率谱密度的相关参数，采用Dirlik 法，计算得到振动载荷的雨流幅值概率密度函数p(s a)：其中步骤6)：将步骤1)采集到的温度时间载荷历程，在时间轴上细分为一系列的恒温区间；权 利 要 求 书1/2页2CN 109857977 A。
基于不同临界法预测曲轴疲劳极限载荷
基于不同临界法预测曲轴疲劳极限载荷
孙嵩松;俞小莉;陈晓平;李建锋
【期刊名称】《内燃机工程》
【年(卷),期】2016(037)006
【摘要】以多款发动机的曲轴为研究对象,基于临界理论的不同方法并利用有限元法计算曲轴在弯矩载荷作用下应力集中处的应力分布并求解等效应力.通过这种等效处理,将预测曲轴的疲劳极限问题转化为求解应力集中处的等效应力问题,并结合已有的曲轴疲劳强度试验数据,对不同临界距离方法在工程实际应用中的适用性做出评价.研究结果表明:基于临界距离法可以准确预测不同圆角结构的曲轴的疲劳极限载荷,而基于临界点法在预测相同圆角结构的曲轴时具有较高的精度,但是在预测不同结构的曲轴的疲劳极限载荷时误差较大.
【总页数】5页(P105-109)
【作者】孙嵩松;俞小莉;陈晓平;李建锋
【作者单位】浙江大学动力机械及车辆工程研究所,杭州310027;浙江大学动力机械及车辆工程研究所,杭州310027;宁波工程学院机械工程学院,宁波315016;潍柴动力杭州分公司,杭州310012
【正文语种】中文
【中图分类】TK407
【相关文献】
1.一种基于临界平面法的多轴疲劳寿命预测模型∗ [J], 周维;刘义伦;李松柏;杨大炼;陶洁
2.基于临界平面法的发动机机体疲劳寿命预测研究 [J], 陈晓平;李京鲁;季炳伟;陈文华;胡如夫
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.基于临界面法的1CrMoV转子钢多轴疲劳寿命预测方法研究 [J], 侯政良;王东军;郭建平
5.不同临界距离法在曲轴疲劳特性预测中的对比研究 [J], 孙嵩松;万茂松;徐晓美因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
估算谱载荷下疲劳寿命的累积破坏率法
第21卷第3期机 械 强 度V o l.21N o.3 1999年9月JOU RNAL O F M ECHAN I CAL STR EN GTH Sep tem ber1999估算谱载荷下疲劳寿命的累积破坏率法ΞPROBAB I L IT Y FA I L URE ACCU M ULAT IVE M ETHOD FORPRED I CT ING FAT IGUE L IFE UND ER SPECTRU M LOAD ING郑晓阳ΞΞ 谢基龙(北方交通大学机械和电气工程学院,北京100044)Zhe ng X ia oya ng X ie J ilong(Institu te of M echanical&E lectrical E ng ineering,N orthern J iaotong U niversity,B eij ing100044,Ch ina) 摘要 提出一种新的估算谱载下疲劳寿命的方法,即累积破坏率法。
该方法在对等幅疲劳寿命统计分析的基础上,推导出任意应力下对数疲劳寿命的概率密度函数,从而利用累积破坏概率估算谱载下构件的疲劳寿命。
本文利用16M n 与车轮铸钢对该方法进行了验证,结果表明累积破坏概率法能较为准确地进行变幅疲劳寿命的可靠性预测,有较好的工程应用价值。
关键词 破坏率 概率密度函数 对数疲劳寿命 平均秩中图分类号 T G11118 TH114 TB11413Abstract T h is article offers a new m ethod fo r esti m ating the fatigue life.O n the basis of the statistic analysis of the constant amp litude fatigue life,the logarithm ic fatigue life p robability density functi on is deduced under arbitrary stress level and then the p robability failure accum ulative m ethod is used to p redict the fatigue life.In th is paper,the 16M n speci m en w ith w elded j o int and w heel steel are used as examp les to verify the m ethod.T he result show s that the fatigue life under spectrum loading can be p redicted mo re accurately and reliability by the p robability failure accum ulative m ethod,and the result also show s that the m ethod is useful in engineering app licati on.Key words probability fa ilure accu m ulation,probability den sity function,logar ith m ic fatigue life,m ean rank1 引言在估算变幅载荷作用下构件的疲劳寿命的过程中,M iner法则以等幅试验为依据,计算简便,曾得到广泛应用。
疲劳载荷及分析理论 谱 寿命 设计 累积损伤
第3章疲劳载荷及分析理论 (1)3.1 疲劳载荷谱 (1)3.1.1 疲劳载荷谱及其编谱 (1)3.1.2 统计分析方法 (2)3.2 疲劳累积损伤理论 (3)3.2.1 概述 (3)3.2.2 线性累积损伤理论 (4)3.3起重机疲劳计算常用方法 (5)3.3.1 应力比法 (6)3.3.2 应力幅法 (6)3.4 疲劳寿命设计方法 (7)3.4.1无限寿命设计 (7)3.4.2 安全寿命设计 (8)3.4.3 损伤容限设计 (8)3.4.4 概率疲劳设计 (9)3.4 小结 (10)第3章疲劳载荷及分析理论疲劳载荷谱(fatigue load spectrum)是建立疲劳设计方法的基础。
根据研究对象的不同，施加在对象上的疲劳载荷也是不同的，所以在应用时要依据某种统计分析方法和理论进行分析。
3.1 疲劳载荷谱3.1.1 疲劳载荷谱及其编谱载荷分为静载荷和动载荷两大类。
动载荷又分为周期载荷、非周期载荷和冲击载荷。
周期载荷和非周期载荷可统称为疲劳载荷。
在很多情况下，作用在结构或机械上的载荷是随时间变化的，这种加载过程称为载荷—时间历程。
由于随机载荷的不确定性，这种谱无法直接使用，必须对其进行统计处理。
处理后的载荷—时间—历程称为载荷谱。
载荷谱是具有统计特性的图形，它能本质地反映零件的载荷变化情况[]。
为了估算结构的使用寿命和进行疲劳可靠性分析，以及为最后设计阶段所必需的全尺寸结构和零部件疲劳试验，都必须有反映真实工作状态的疲劳载荷谱。
实测的应力—时间历程包含了外加载荷和结构的动态响应的影响，它不仅受结构系统的影响，而且也受应力—时间历程的观测部位的影响。
将实测的载荷—时间历程处理成具有代表性的典型载荷谱的过程称为编谱。
编谱的重要一环，是用统计理论来处理所获得的实测子样[]。
3.1.2 统计分析方法对于随机载荷，统计分析方法主要有两类：计数法和功率谱法[]。
由于产生疲劳损伤的主要原因是循环次数和应力幅值，因此在编谱时首先必须遵循某一等效损伤原则，将随机的应力—时间历程简化为一系列不同幅值的全循环和半循环，这一简化的过程叫做计数法。
曲轴疲劳寿命预测
曲轴疲劳寿命预测
范荫;孟昭昕
【期刊名称】《上海汽车》
【年(卷),期】1997(000)010
【摘要】本文阐述了用疲劳分析方法建立疲劳寿命预测的完整系统。
它能对汽车零部件动态电测得到的应变历史进行数据采集，并以实物疲劳试验为依据，从诸多预测程序中选择出一种既实用、可靠又简便、准确的程序、配上友好的ＷＩＮ－ＤＯＷＳ界面，服务于生产实践。
【总页数】4页(P41-44)
【作者】范荫;孟昭昕
【作者单位】上海内燃机研究所;内蒙古工业大学
【正文语种】中文
【中图分类】U464.133.3
【相关文献】
1.基于变幅小载荷下的曲轴疲劳寿命预测分析 [J], 吴卓;刘晓芬
2.基于神经网络遗传算法优化的曲轴疲劳寿命预测 [J], 李战芬;韩意;刘彦臣;樊孝仁
3.再制造曲轴剩余疲劳寿命预测 [J], 陆忠东;李虎
4.基于疲劳寿命预测曲轴再制造可行性分析 [J], 魏效玲;顾林宾
5.内燃机曲轴——轴承系统曲轴变形引起的轴承润滑状态变化对曲轴强度的影响[J], 孙军;桂长林;潘忠德
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船用柴油机曲轴疲劳分析
力 范 围 （ ａ 。 该 曲 线 是 在 应 力 比 为一 ＭＰ ） １的 情 况 下 得 到 的 ， 平均应力为 ０ ，因 此应 力 范 围 等 于 最 大 应 力 的 两 倍 。在 双 对
（Ａ Ｃ Ｅ技 术 ）在 产 品 的 设计 中 已经 大 景 地 使 用 。 其 中 有 限 元
技 术 已经 成 为 一 种 不 可 或 缺 的分 析 工 具 。 根 据 有 限 元 技 术 分 析 获 得 的 应 力 应 变 结 果 进 行 进 一 步 的疲 劳 寿 命 设 计 已 经 在 一 些 行 业 （ 汽 车 、船 舶 、航 天 航 空 、 压 力 容 器 等 ） 得 如
线 的 功 率 的 变 化 ， 实 时 功 率 的 测 量 主 要 依 据 于 直 流 母 线 电 流 电 （ 压 ） 该 功 率 变 化 状 况 ， 态 的提 供 了 柴 油 机 组 油 量 的 调 节 信 号 ， ， 动 油
１ 采用 新 的 控 制 装 置 的 Ｒ Ｇ耗 油 ｌＬ 前 者 达 到 了 ５ ％ 的节 油 ８， Ｌ Ｔ １。 ０
曲轴 的疲劳寿命进行评估 ，先利用动力学仿真软件 Ａ ＡＭＳ计算得到 曲轴载荷谱 ，然后基于有 限元分析结 Ｄ
果 的对 曲轴进行疲劳计算 分析。 关键词 ：曲轴 计算机辅助工程 动力学仿真软件 有限元分析
疲概 劳述
曲 轴 是 柴 油 机 主 要 部 件 之 一 ，在 周 期 性 变 化 的 气 体 压 力 、运 动 质 量 惯 性 力 以及 力 矩 的 作 用 下 工 作 ，其 Ｐ 部 产 生 ３ ，
该 系 统 可 用 于 改 造 现 有 砌ｒ 也 可 安 装 在 新 造 Ｒ ｒ 上 。它 将 Ｇ， ］ Ｇ
电机组在轻负荷 状态时仍工作 于全速状况 下造成 的高耗 油状况 。
（Ａ Ｃ Ｅ技 术 ）在 产 品 的 设计 中 已经 大 景 地 使 用 。 其 中 有 限 元
技 术 已经 成 为 一 种 不 可 或 缺 的分 析 工 具 。 根 据 有 限 元 技 术 分 析 获 得 的 应 力 应 变 结 果 进 行 进 一 步 的疲 劳 寿 命 设 计 已 经 在 一 些 行 业 （ 汽 车 、船 舶 、航 天 航 空 、 压 力 容 器 等 ） 得 如
线 的 功 率 的 变 化 ， 实 时 功 率 的 测 量 主 要 依 据 于 直 流 母 线 电 流 电 （ 压 ） 该 功 率 变 化 状 况 ， 态 的提 供 了 柴 油 机 组 油 量 的 调 节 信 号 ， ， 动 油
１ 采用 新 的 控 制 装 置 的 Ｒ Ｇ耗 油 ｌＬ 前 者 达 到 了 ５ ％ 的节 油 ８， Ｌ Ｔ １。 ０
曲轴 的疲劳寿命进行评估 ，先利用动力学仿真软件 Ａ ＡＭＳ计算得到 曲轴载荷谱 ，然后基于有 限元分析结 Ｄ
果 的对 曲轴进行疲劳计算 分析。 关键词 ：曲轴 计算机辅助工程 动力学仿真软件 有限元分析
疲概 劳述
曲 轴 是 柴 油 机 主 要 部 件 之 一 ，在 周 期 性 变 化 的 气 体 压 力 、运 动 质 量 惯 性 力 以及 力 矩 的 作 用 下 工 作 ，其 Ｐ 部 产 生 ３ ，
该 系 统 可 用 于 改 造 现 有 砌ｒ 也 可 安 装 在 新 造 Ｒ ｒ 上 。它 将 Ｇ， ］ Ｇ
电机组在轻负荷 状态时仍工作 于全速状况 下造成 的高耗 油状况 。
基于材料韧性的柴油机曲轴疲劳损伤研究
为Ｄ ＝１一Ｗｆ １ 百 Ｎ 一 Ｎ Ｕ 将式 （ ） 式（ ）（ ） ６和 １ ， ２ 代
＝
．
人式（） ７ 可得
Ｄ 一 ＝
』 Ｗ＝ ∑Ａ ｉ 一∑ △ ‘ ｆ ’ 』 ＝ｗ ～
（） ３
，
式中， Ｗ 为在一定疲劳损伤状态下累积耗散 ∑Ａ ｉ 的塑性滞后能， （ ＝∑ △ 为在疲劳断裂前 ）
载荷谱 有很 大不 同 ， 而且 ｄ值 并 非 不 变 ， 它是 随载
收稿 日期 ： ０ ９一Ｏ ３ ２０ ６— ０
韧性随疲劳变化的损伤演化方程， 建立了一种适用
作者简 介：王明强（９ ４ ） 男 ， １６ 一 ， 浙江宁海人 ， 教授 ， 研究方 向为 ＣＭＳ Ｃ Ｄ Ｃ Ｅ、 Ｉ 、 Ａ ／ Ａ 现代设 计理论 与技术
Ａｂ ｔａ ｔ ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｅ ｃ ｂ ｈ ｕ ｅ ｏ ｔ ｕ ａ ｇ ｆ ｈ ｉｓ ｌｅ ｇｎ ｒ ｎ ｓ ａｔ ｕ ｎ ｔｔ ｅ ａ ａｙ ｉ ｓｒ ｃ ：Ｉ ｒ ｅ ｏ ｄ ｓ ｒ ｅ ｔ ｅ ｒ ｌ ｆ ａ ｉ ｅ ｄ ｍａ ｅ ｏ ｅ ｄ ｅ ｅ ｎ ｉ ｅ ｃ ａ ｋ ｈ ｆ，ａ ｑ ａ ｔ ａ ｉ ｎ ｌｓｓ ｉ ｆ ｇ ｔ ｉ ｖ
＝
Ｕ＝＋ ＮＵ
Ｏ ＇ ａ
ｌ一 ｎ ［
＋ Ⅳ ］
（） ４
式中， ｏ 为交变应力 幅． 已有一定损伤 的材料 ， ｒ 对
１ 疲 劳 累 积 损 伤 的 数 学 解 释— — 韧 性 耗 散算 法
材 料 的韧 性是其 在断裂 前所 吸收 的总能量 ， 它 可通过 强度 和塑性 相 关 的综 合 性 力学 性 能 等参 数 计算 出来． 材料 在疲 劳断裂 前所耗 散 的总塑性 滞后
为强度 和塑性 性能 的 函数 ， 即
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载荷谱 有很 大不 同 ， 而且 ｄ值 并 非 不 变 ， 它是 随载
收稿 日期 ： ０ ９一Ｏ ３ ２０ ６— ０
韧性随疲劳变化的损伤演化方程， 建立了一种适用
作者简 介：王明强（９ ４ ） 男 ， １６ 一 ， 浙江宁海人 ， 教授 ， 研究方 向为 ＣＭＳ Ｃ Ｄ Ｃ Ｅ、 Ｉ 、 Ａ ／ Ａ 现代设 计理论 与技术
Ａｂ ｔａ ｔ ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｅ ｃ ｂ ｈ ｕ ｅ ｏ ｔ ｕ ａ ｇ ｆ ｈ ｉｓ ｌｅ ｇｎ ｒ ｎ ｓ ａｔ ｕ ｎ ｔｔ ｅ ａ ａｙ ｉ ｓｒ ｃ ：Ｉ ｒ ｅ ｏ ｄ ｓ ｒ ｅ ｔ ｅ ｒ ｌ ｆ ａ ｉ ｅ ｄ ｍａ ｅ ｏ ｅ ｄ ｅ ｅ ｎ ｉ ｅ ｃ ａ ｋ ｈ ｆ，ａ ｑ ａ ｔ ａ ｉ ｎ ｌｓｓ ｉ ｆ ｇ ｔ ｉ ｖ
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式中， ｏ 为交变应力 幅． 已有一定损伤 的材料 ， ｒ 对
１ 疲 劳 累 积 损 伤 的 数 学 解 释— — 韧 性 耗 散算 法
材 料 的韧 性是其 在断裂 前所 吸收 的总能量 ， 它 可通过 强度 和塑性 相 关 的综 合 性 力学 性 能 等参 数 计算 出来． 材料 在疲 劳断裂 前所耗 散 的总塑性 滞后
为强度 和塑性 性能 的 函数 ， 即
滚动轴承的寿命计算
滚动轴承的寿命计算
高文照
【期刊名称】《安徽工学院学报》
【年(卷),期】1984(000)004
【摘要】目前滚动轴承寿命计算方法是按照寿命与载荷的关系式P~εL_c=常数,根据滚动轴承手册上的额定寿命与额定载荷的数据计算出来的,即
【总页数】8页(P81-88)
【作者】高文照
【作者单位】安徽工学院科研处
【正文语种】中文
【中图分类】TH13
【相关文献】
1.滚动轴承寿命计算方法的优化 [J], 朱亮亮;林素敏;吕秋硕;高瞩;吉晓民
2.基于多重因素的滚动轴承寿命计算新方法 [J], 朱亮亮;高瞩;吉晓民
3.滑行车类游乐设施车轮滚动轴承寿命计算方法研究 [J], 赵九峰
4.基于MATLAB GUI的滚动轴承修正额定寿命计算系统 [J], 李俊文;陈玉莲
5.高压电动机滚动轴承载荷及寿命计算研究 [J], 王开芝;苏强;高星福
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基于实际载荷谱的汽车半轴疲劳寿命预测
基于实际载荷谱的汽车半轴疲劳寿命预测邹喜红;李静;彭吉刚;苟迅【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2016(000)004【摘要】汽车半轴是汽车传动系统的重要零部件之一.准确预测汽车半轴疲劳寿命是汽车半轴疲劳分析的重要环节.利用垫江汽车试验场采集的实测载荷谱,提取汽车左半轴强化耐久工况、动力工况和高速工况的一个循环作为样本载荷.经过预处理后,利用四点雨流计数法得到载荷雨流循环矩阵,并将样本载荷外推到整个试验场疲劳耐久试验所要求的全寿命载荷.利用疲劳应力集中系数、疲劳尺寸系数以及表面敏感系数对材料S-N曲线进行修正得到可用于寿命预测的构件S-N曲线;最后,以Miner线性损伤累积理论为基础,结合疲劳分析软件预测了汽车半轴疲劳寿命.【总页数】5页(P122-125,129)【作者】邹喜红;李静;彭吉刚;苟迅【作者单位】重庆理工大学汽车零部件制造及检测技术教育部重点实验室,重庆巴南400054;重庆市科学技术研究院,重庆400054;重庆理工大学汽车零部件制造及检测技术教育部重点实验室,重庆巴南400054;重庆理工大学汽车零部件制造及检测技术教育部重点实验室,重庆巴南400054;重庆理工大学汽车零部件制造及检测技术教育部重点实验室,重庆巴南400054【正文语种】中文【中图分类】TH16【相关文献】1.轻型载货汽车半轴疲劳寿命预测 [J], 周金宝;周长城2.汽车后桥半轴的疲劳寿命预测分析 [J], 庞在祥;王占礼;张邦成;宫丽男3.基于混合分布的轮式装载机半轴载荷谱编制 [J], 翟新婷;张晓晨;江柱锦;李莺莺;张强;王继新4.利用二维载荷谱对轻型汽车半轴疲劳寿命预测的研究 [J], 周长城;周金宝5.原始载荷谱下拖拉机半轴的疲劳寿命预测 [J], 魏建锋;郑修麟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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余弦分布 Cosine 名义弯曲应力 Nominal bending stress
载荷法 Load
截断简支梁 Truncated freely supported beam 爆压+惯性力 PFP+ Inertia force 否No
余弦分布 Cosine 有限元应力 FEA stress
动力学法 Dynamic 连续梁 Continuous beam
基于载荷谱的曲轴疲劳寿命计算研究 Research on Fatigue Life Calculation for
Crankshaft based on Load Spectrum
潍柴动力技术中心 季炳ison conclusion
Method type
fatigue evaluation
4
四、载荷谱曲线获取
曲轴强度单元力法
从PU动力学仿真结果中提取一个循环周期（720度）主轴颈和曲柄销RBE2独立点12个自由度 的动态变形量。 achieve the reference points’ dynamic deflection data of the main journal pin and crank pin from the PU dynamic simulation results, each point includes 6 degrees of freedom.
弯矩+扭矩 Bending and torsion moments 是Yes
耦合点加载 Displacement 名义应力 Nominal stress
单元力法 Unit load 连续梁 Continuous beam
实际载荷曲线 Load spectrum
是Yes
耦合点加载 Displacement 有限元应力+疲劳软件 FEA stress in fatigue software
8
七、结论
实例分析表明，基于载荷谱疲劳寿命的曲轴强度计算方法能够准确预测曲轴使用寿命。该算法具 有以下优点： a) 曲拐为连续梁模型，考虑相邻缸对当前曲拐的强度影响；The crankshaft model is
continues, the adjacent cylinder’s load was considered; b) 载荷来自多体动力学仿真，考虑爆压提前角，最接近实际工况；The applied load comes
2
二、计算流程
曲轴强度单元力法
计算假定：Simulation assumption a) 对曲轴单拐进行单位载荷有限元计算分析， Analysis on the single web with unit load; a) 根据动力学曲轴强度计算结果决定计算的转速与评
估部位，The critical speed and critical position come from 1D dynamic simulation; b) 通过多体动力学仿真平台求得曲拐一个循环周期内 的载荷，The load spectrum for one engine cycle comes from multi-body dynamic simulation; c) 在圆角位置采用子模型细化,The fillet submodel is used to refine the mesh quality; d) 在疲劳分析软件中进行多自由度载荷谱叠加，完成 曲轴疲劳安全系数计算，采用Goodman或Smith图 等进行疲劳安全系数评价。The load spectrum is applies on the unit load model to complete the fatigue safety factor calculation, either Goodman or smith method can be selected.
5
五、疲劳分析
曲轴半拐单元力模型与载荷谱在疲劳分析软件中合成，分析单拐强度。 The load spectrum was applied on the half web model with unit stress fields.
6
五、疲劳分析
考虑以上疲劳影响因素。 The influence factors are considered in the fatigue calculation.
from multi-dynamic simulation, the advance angle is taken in count,which is closer to reality; c) 采用99.99%存活率的结构数据，失效率为0.01%； Survive factor of 99.99% is used; d) 单元力模型只需计算一次，在疲劳软件中加载各种转速工况和各个位置的曲拐载荷谱，计算 速度快；The unit load model only need to be calculated once, different load spectrum via critical speed and critical position can be applied on the model easily and quickly in the fatigue software; e) 采用子模型细化圆角位置，网格依赖性小。The fillet submodel was used to decrease the influence by mesh quality.
7
六、实例计算
对该发动机从怠速600rpm到超转速2600rpm进行了计算，曲拐位置为12个曲拐。曲轴整体最小疲劳安 全系数如图5所示，最危险位置出现在1300rpm，web12处。 The speed range from idle speed 600rpm to overspeed 2600rpm were calculated with 12 half web positions.The most dangerous position occurred in the 12th web with speed of 1300rpm
Geometry modification
Geometry model
The End
FEM model
Unit load model with stress fields
Multi-body dynamic model
Fatigue Model
Load spectrum
计算流程图 Simulation flow
9
The End Thanks!
模型假设 Assumption
载荷类型 Load type
经典算法 Classical
截断简支梁 Truncated freely supported beam
爆压 PFP
考虑提前角 Advance angle
载荷分布 Load distribution
评价方式 Evaluation method
否 No
Web stress calculation with dynamic load from PU simulation
Stress field with 12 unit loads
Stress combination and fatigue evaluation
Load history with different speed
Results satisfied? SF evaluatio
Run the mode
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三、单元力模型
Unit load method
Half web’s stress distribution with unit displacement load
Stress calculation
Transient dynamic method
载荷法 Load
截断简支梁 Truncated freely supported beam 爆压+惯性力 PFP+ Inertia force 否No
余弦分布 Cosine 有限元应力 FEA stress
动力学法 Dynamic 连续梁 Continuous beam
基于载荷谱的曲轴疲劳寿命计算研究 Research on Fatigue Life Calculation for
Crankshaft based on Load Spectrum
潍柴动力技术中心 季炳ison conclusion
Method type
fatigue evaluation
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四、载荷谱曲线获取
曲轴强度单元力法
从PU动力学仿真结果中提取一个循环周期（720度）主轴颈和曲柄销RBE2独立点12个自由度 的动态变形量。 achieve the reference points’ dynamic deflection data of the main journal pin and crank pin from the PU dynamic simulation results, each point includes 6 degrees of freedom.
弯矩+扭矩 Bending and torsion moments 是Yes
耦合点加载 Displacement 名义应力 Nominal stress
单元力法 Unit load 连续梁 Continuous beam
实际载荷曲线 Load spectrum
是Yes
耦合点加载 Displacement 有限元应力+疲劳软件 FEA stress in fatigue software
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七、结论
实例分析表明，基于载荷谱疲劳寿命的曲轴强度计算方法能够准确预测曲轴使用寿命。该算法具 有以下优点： a) 曲拐为连续梁模型，考虑相邻缸对当前曲拐的强度影响；The crankshaft model is
continues, the adjacent cylinder’s load was considered; b) 载荷来自多体动力学仿真，考虑爆压提前角，最接近实际工况；The applied load comes
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二、计算流程
曲轴强度单元力法
计算假定：Simulation assumption a) 对曲轴单拐进行单位载荷有限元计算分析， Analysis on the single web with unit load; a) 根据动力学曲轴强度计算结果决定计算的转速与评
估部位，The critical speed and critical position come from 1D dynamic simulation; b) 通过多体动力学仿真平台求得曲拐一个循环周期内 的载荷，The load spectrum for one engine cycle comes from multi-body dynamic simulation; c) 在圆角位置采用子模型细化,The fillet submodel is used to refine the mesh quality; d) 在疲劳分析软件中进行多自由度载荷谱叠加，完成 曲轴疲劳安全系数计算，采用Goodman或Smith图 等进行疲劳安全系数评价。The load spectrum is applies on the unit load model to complete the fatigue safety factor calculation, either Goodman or smith method can be selected.
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五、疲劳分析
曲轴半拐单元力模型与载荷谱在疲劳分析软件中合成，分析单拐强度。 The load spectrum was applied on the half web model with unit stress fields.
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五、疲劳分析
考虑以上疲劳影响因素。 The influence factors are considered in the fatigue calculation.
from multi-dynamic simulation, the advance angle is taken in count,which is closer to reality; c) 采用99.99%存活率的结构数据，失效率为0.01%； Survive factor of 99.99% is used; d) 单元力模型只需计算一次，在疲劳软件中加载各种转速工况和各个位置的曲拐载荷谱，计算 速度快；The unit load model only need to be calculated once, different load spectrum via critical speed and critical position can be applied on the model easily and quickly in the fatigue software; e) 采用子模型细化圆角位置，网格依赖性小。The fillet submodel was used to decrease the influence by mesh quality.
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六、实例计算
对该发动机从怠速600rpm到超转速2600rpm进行了计算，曲拐位置为12个曲拐。曲轴整体最小疲劳安 全系数如图5所示，最危险位置出现在1300rpm，web12处。 The speed range from idle speed 600rpm to overspeed 2600rpm were calculated with 12 half web positions.The most dangerous position occurred in the 12th web with speed of 1300rpm
Geometry modification
Geometry model
The End
FEM model
Unit load model with stress fields
Multi-body dynamic model
Fatigue Model
Load spectrum
计算流程图 Simulation flow
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The End Thanks!
模型假设 Assumption
载荷类型 Load type
经典算法 Classical
截断简支梁 Truncated freely supported beam
爆压 PFP
考虑提前角 Advance angle
载荷分布 Load distribution
评价方式 Evaluation method
否 No
Web stress calculation with dynamic load from PU simulation
Stress field with 12 unit loads
Stress combination and fatigue evaluation
Load history with different speed
Results satisfied? SF evaluatio
Run the mode
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三、单元力模型
Unit load method
Half web’s stress distribution with unit displacement load
Stress calculation
Transient dynamic method