疲劳设计范文（精选12篇）

疲劳设计 第1篇

1 影响公路钢结构桥梁疲劳性能的因素

影响钢结构桥梁疲劳性能的因素很多, 具体归纳起来主要有钢结构的材料特性、内部因素、钢结构的外部因素。

1.1 钢结构的材料特性

钢结构材料的特性是影响公路钢结构桥梁疲劳性能的因素之一, 钢构件的大小和钢结构材料的各种性能都是影响钢结构桥梁出现疲劳的因素。但钢结构出现微弱的裂纹的时候, 钢结构的疲劳性能会随着裂纹的增加而加大, 同时, 随着钢结构强度的增加, 钢结构的疲劳性能也会增强, 因此, 并非是采用强度越高的材料就越好。由于钢结构的疲劳裂纹主要是发生在钢材的表面, 主要是由于钢结构外表面的应力较高。

1.2 外部因素

影响公路钢结构桥梁的因素除了有上面的情况外, 外部因素也会对钢结构桥梁的疲劳产生一定的影响, 如自然环境的变化, 昼夜温差太大或强冻强高温的情况, 以及外界给桥梁所施加的压力等, 车辆行驶所产生的共振等。根据相关的研究证明, 焊接构件的疲劳强度和应力幅值有很大的关系, 非焊接构件的疲劳强度也和应力幅值有关系。

1.3 内部因素

结构内部因素对公路钢结构桥梁疲劳设计的影响主要体现在, 导致公路钢结构桥梁的疲劳形象发生变化, 结构构造影响因素包括了公路桥梁的结构、钢构件的连接形式、构造细节等等。同时公路钢结构桥梁设计方法、采用钢结构的制造以及其焊接技术、焊接处理等都会对钢结构应力分布以及钢结构自身的缺陷产生很大的影响。

2 公路钢结构桥梁疲劳设计方法

公路钢结构桥梁疲劳设计根据以上我们分析的影响公路钢结构桥梁疲劳性能设计的因素, 进行公路钢结构桥梁疲劳设计, 将由钢结构材料自身属性、结构构造等引起的公路钢结构桥梁疲劳性能损伤进行消除, 防止钢结构桥梁结构的疲劳性能被破坏。公路钢结构桥梁疲劳设计有3种:安全寿命设计、无限寿命设计、损失容限设计。

2.1 安全寿命设计

安全寿命公路钢结构桥梁设计, 这种设计方法可以保证公路钢结构桥梁在一定的时限内, 疲劳性能不发生损坏, 而且构件应力设计可以超过其疲劳极限值。安全寿命设计可以将钢结构桥梁应力—疲劳寿命关系, 作为公路钢结构桥梁设计的参考依据, 进行钢结构桥梁设计。安全寿命设计和无限寿命设计不同, 安全寿命设计属于有限寿命设计, 而有限寿命设计的构件应力设计值在疲劳极限值之上, 从图1中的前半部折线部分, 可以知道在这些区域内的钢结构桥梁疲劳寿命各不相同, 所以在设计的过程中不能像无限寿命设计那样只考虑最高应力, 这种设计方法需要按照一定的理论进行疲劳损伤估算。公路钢结构桥梁设计使用安全寿命设计的条件是:钢结构桥梁的疲劳强度曲线必须知道, 而且含有起裂构件制造质量符合钢结构桥梁疲劳等级定义。

2.2 无限寿命设计

无限寿命设计是最早的公路钢结构桥梁疲劳设计使用的方法, 这种设计方法在钢结构桥梁设计的过程中, 要求结构设计的应力低于钢结构桥梁疲劳极限值, 进而完成公路钢结构桥梁的无限寿命设计。无线寿命设计是简化设计, 虽然是将公路钢结构桥梁疲劳设计进行简化, 但是在构件设计上显得有些笨重, 为了能够充分的利用材料的性能, 将钢结构桥梁应力的设计水平提升, 进而将公路钢结构桥梁的无线寿命设计演变为有限寿命设计。

2.3 损伤容限设计

使用这种方法进行公路钢结构桥梁设计需要满足的前提条件是:钢结构桥梁裂纹开始的地方接近表面或者从表面开始;潜在起裂处设计寿命内的损伤超过10;采用探测方法可行;维护说明中要指明裂缝发生的位置。

在进行预测检测间隔时, 需要考虑到一次漏检。Ti≤0.5Tf, 其中Tf是可探测裂纹, ld是临界长度, lf是时间 (见图2) 。

表面裂纹的最小暴露长度ld, 在检测时考虑了探测的可能性、裂纹的位置、检测方法等内容, 可探测表面裂纹长度的最小值见表1:

在计算Tf时, 采用的方法是断裂力学原理, 将裂纹表现形式简化成半椭圆等近似的椭圆形状, 在交变应力作用下, 按照计算公式进行深度方向上裂纹扩展速率计算:

3 钢结构桥梁疲劳设计的关键点

3.1 疲劳荷载的确定

公路钢结构桥梁设计和铁路桥梁设计疲劳验算有所不同, 公路钢结构桥梁通过的车辆数量变化幅度非常的大, 而且车型、车辆间距等都有所不同, 在钢结构桥梁设计规范中有:可以根据钢结构疲劳损伤等效, 将其折算成标准疲劳车进行计算, 但是要保证各疲劳车的总重量相同。

影响线长度较小的局部计算, 按照标准轴重荷载进行。标准轴重荷载=标准疲劳车轴重载荷×1.1。

3.2 将验算位置进行准确确定

验算位置指的是疲劳敏感细节和部位, 公路杆结构桥梁的疲劳验算有很多地方, 每一个小节点、每一个焊缝趾等短都需要进行验算。其中重点验算的内容有:焊接缝根部、焊趾、结构倒角处、冲孔、剪开边等。

3.3 确定加载次数

在公路钢结构桥梁疲劳设计过程中进行疲劳应力计算时, 要将疲劳车一次加载次数、影响线长度、疲劳车轴距之间的关系进行确定。根据钢结构桥梁的性质以及钢构件的性能, 一个轴重就是一次加载, 根据效应相等原则, 将复杂应力循环转换成单个循环代数进行表示。

3.4 钢结构桥梁设计中构件需要满足的要求

根据多年的公路钢结构桥梁设计经验以及现有的桥梁设计规范等文件要求, 公路钢结构桥梁设计中钢结构构件需要满足的要求为:在公路钢结构桥梁设计过程中对于承受拉伸、弯曲等钢构件, 需要使用长且圆的过渡性钢构件, 这样可以将钢结构的刚度变化相应的减小;钢结构桥梁设计中要有线选用对接焊缝, 焊接构件的焊缝要在应力区下面, 并且进行焊后处理。对于较复杂的构件采用辅助疲劳设计的方法进行辅助设计。

4 总结

随着钢结构桥梁的不断发展, 在钢结构桥梁设计的过程中常会存在一些设计的缺陷, 从而导致桥梁结构发现疲劳破坏, 而影响桥梁结构疲劳的因素很多, 需要我们对其原因进行分析, 通过不同的桥梁结构设计方法对其进行优化设计, 确保桥梁结构的稳定。

参考文献

[1]李星新, 汪正兴, 任伟新.钢筋混凝土桥梁疲劳时变可靠度分析[J].中国铁道科学, 2009 (02) .

[2]朱劲松, 孟会林.公路钢桥精细化抗疲劳设计方法及其应用[J].桥梁建设, 2009 (03) .

疲劳设计 第2篇

文章运用人机工程学原理.分析了疲劳驾驶的成因;从汽车座椅的静态特性和动态特性两方面,论述了汽车驾驶座椅的`人机工程设计及发展方向.

作 者：冯飞燕 侯俊杰 FENG Fei-yan HOU Jun-ji 作者单位：冯飞燕,FENG Fei-yan(山西机电职业技术学院汽车工程系)

侯俊杰,HOU Jun-ji(中国人民解放军第4328工厂,山西长治,046011)

疲劳设计 第3篇

[关键词] 绿色创新机械精度设计疲劳极限指标

一、机械绿色创新的认识,绿色创新是一种现代技术创新的新理念,是人类实现可持续发展、拥有高质量生存环境、享受健康生活的必然要求,也是未来技术经济发展的大势所趋,是技术创新的一种。机械绿色创新,是在传统机械设计创新的基础上进行的再次创新和设计,它综合考虑了制造业对资源效率的合理利用,节约成本,降低对环境造成的污染。

从可持续发展的角度来讲,机械绿色创新能减少环境污染、节能降耗,对有限的资源进行充分利用,为新能源的开发提供更广阔的空间和有利条件。

从企业发展角度看,它是企业持续高效发展的不竭动力。近几年来,我国一些企业通过实施绿色创新工程,开发了一批新产品,推广应用了一批新技术,使生产技术水平和产品科技含量都得到了大幅提升。机械绿色创新作为一种新的集约创新模式,已成为现代包装企业发展的新增长点。

二、绿色创新在机械设计中的应用

(一)绿色管理模式的组建

1.机械绿色技术创新的激励模式。由技术供给激励、结构激励和环境激励组成的组合激励工具对技术创新协同发挥作用。由于技术创新与其选择环境的改进密切相关,因此,对不同层次的绿色技术创新,其激励机制也有所侧重,需要考虑激励:工具之间的匹配与协同、不同技术层次对技术选择环境的适应性、激励对象的行为特征等。

2.绿色技术创新审计指标及评价。审计指标和评价为机械绿色创新管理提供了一个定量化的工具。可以从创新投入、创新过程、创新绩效与环境绩效四个方面进行审计。创新投入可以包括人员,预算资金,其中资金包括材料、设备、场地等,努力协调人员和资金两方面的平衡,提高设计效率,缩短设计周期。创新绩效是对产品的综合评定,体现了设计的效果。环境绩效主要是废弃物的综合利用程度和对环境造成的影响程度。机械绿色创新的评价可以分为三个方面内容:

(1)技术评价:工作性能指标、可靠性、使用维护性、技术上的先进性。

(2)经济评价:成本、利润、投资回收期等

(3)社会评价:方案实施的社会影响、市场效应、节能、对环境的污染程度、可持续发展等。

3.绿色供应链管理。绿色供应链是以传统的供应链为基础,并结合制造技术、控制技术和网络技术等新的应用技术,其目标是对资源的合理利用、降低成本和减少对环境造成的严重污染。绿色供应链有效的管理可以减少资源消耗,可降低制造成本,减少或消除环境污染。因此,绿色供应链管理的评价体系的建立有着深远的意义。

(二)绿色化设计

1.组合创新法:组合创新法是指按照一定的技术原理,通过将两个或多个功能元素合并,从而形成一种具有新功能的新产品、新工艺、新材料的创新方法。机械绿色创新设计是将绿色环保技术或原理应用到机械设计中,利用组合法创新的绿色产品有很多,如在饮水机上加入过滤网,还有高温蒸汽清洗机等。

2.针对法:顾名思义是对专门用途的机械进行设汁的方法。这种方法针对性强,应用效率高,但应用方向单一。机械绿色创新是针对绿色方面的创新设计,如节能、环境保护等。城市中的垃圾乍、洒水车的设计都体现出针对法的特点。

3.缺点列举法:任何事物总有缺点,而人们总是期望事物能至善至美。也正是由于这种客观矛盾的存在,才使缺点列举法得以运用。在环境污染严重、能源短缺的今天,产品的环保性、可回收性、分解能力等显得尤为重要。现在很多产品在自身的大耗能、易污染方面进行了重新设计。

(三)绿色制造

绿色制造的重要环节就是绿色工艺,绿色工艺又与清洁生产密不可分。清洁生产要求对产品及其工艺不断实施综合的预防性措施和实时监控措施,其实现途径包括清洁材料、清洁程序、监控设备和后期回收处理。绿色工艺既能提高经济效益,又能减少环境影响。它要求在提高生产效率的同时必须兼顾削减或消除危险废物,改善劳动条件,提高劳动者工作效率,减少对操作者的健康威胁,并能生产出安全的与环境兼容的产品。机械创新中的绿色制造可以从以下几个方面占考虑:

1.保持工作环境的清洁卫生,提供工作者有利的生产条件,提高工作效率和产品质量。明确标识出危险区范围,减少安全事故的发生。

2.确立绿色供应方案。重点搞好绿色采购,包括绿色材料、绿色清洗工具、垃圾管理设备的供应,还有运输损耗控制,材料循环再利用等。

3.重组物流业务,合理调配并优化资金流、物质流和信息流。

4.按设计要求确定绿色工艺,重点控制加工过程中的废水、废气、废渣、尘埃和固体废弃物的产生,治理噪声和防止辐射。

5.对加工过程进行实时监控。特别是对易燃和带有腐蚀性气体、液体的车间,及时对可能存在的隐患发出警报,避免重大事故发生。

6.合理有效回收、处理垃圾和废品。建立地区性的回收处理工厂,提高回收利用率,综合处理废弃物,有害物质要经专门工艺进行处理,避免对环境造成二次污染。

7、加大新技术的应用,减少废弃物。如无切屑加工技术、干式加工技术等。

8.建立环境保护体系,进行绿色意识教育,通过教育和培训提高全体员工的环境意识,加强环境信息交流,积极推进环境保护活动,共同促进环境保护。

三、对加速机械绿色创新的几点建议

(一)提高公众环保意识,转变生产经营理念与方式。

(二)企业建立绿色管理机制,引进和培养高素质的技术创新人才。

(三)加大对机械绿色创新活动的支持力度,提高学习。

(四)借鉴外国先进环保技术,充实我国目前的创新方法和理论。

四、提高机械设计疲劳极限指标的设计准则

机械精度设计是充分运用工程图学、机械设计=机械精度设计、数控技术、机械制造技术及测量技术的基本知识,应用各种检测仪器和设备为一体的综合性、制造、检测的全过程;掌握尺寸误差、形位误差、表面粗糙度轮廓的检测方法和检测原理;掌握尺寸误差、形位误差、表面粗糙度轮廓的检测方法和检测原理;掌握轴类零件加工工艺过程;掌握数控机床操作及数控程序的编制方法,从而达到对所学知识的综合运用能力和强化工程实践能力。

疲劳极限是一个极易受外界条件和内部组织影响的参数。归纳起来,影响疲劳抗力的因素有四大类:

1、零件本身外形因素:几何形状、尺寸和表面状态等;

2、制造工艺因素:铸、锻、焊、切削加工、热处理、表面处理等;

3、使用条件:应力类型及大小、频率范围、环境条件、使用介质等;

4、材料本质:化学成分、组织结构、晶粒大小、纤维方向、夹杂物、偏析等。

在机械设计中,对于前三种影响因素已做了相应考虑,而材料本质方面的影响考虑甚少。但实际零件在股役过程中由于材料内部的各种微观缺陷(比如淬火裂纹、焊接裂纹、偏析、熔渣、各种铸造缺陷等)造成突然疲劳断裂的事故屡见不鲜。但由于材料内部组织的复杂多变,不易控制,对疲劳抗力的影响无规律可循,给我们的设计研究带来很大的不便。因此,寻求一种极有较广的适应性,又能充分考虑设计得的设计环境,而且便于操作的设计方法,非常必要。

五、提高机械设计疲劳极限指标的策略

现在在工程中广泛使用的提高机械设计疲劳极限方法有以下几种:名义应力法、局部应力应变法、应力场强法、疲劳可靠性设计及损伤容限设计等。

(一)名义应力法

名义应力时最早形成的抗疲劳设计方法,它以材料或零件的S-N曲线为基础,对照试件或结构疲劳危险部位的应力集中系数和名义应力,结合疲劳损伤累积理论,校核疲劳强度或计算疲劳寿命。名义应力法的基本假设:对于相同材料制成的任意构件,只要应力集中系数相同,载荷谱相同,则它们的寿命相同。

其设计思路是:从材料的S-N曲线出发,再考虑各种影响因素的影响,得出零构件的S-N曲线,并根据零构件的S-N曲线进行提高机械设计疲劳极限设计。

(二)局部应力应变法

局部应力变法结合材料的循环应力—应变曲线,通过弹塑性有限元分析或其他计算方法,将构件上的名义应力谱转换成危险部位的局部应力应变谱,然后根据危险部位的局部应力应变历程计算帮助。局部应力应变法的基本假设是:若同种材料制成的构件的危险部位的最大应力应变历程与一个光滑试件的应力应变里程相同,则它们的疲劳寿命相同。

(三)应力场强法

应力场强法基于材料的循环应力应变曲线,通过弹塑性有限元分析计算缺口件的应力场强度历程,然后根据材料的S-N曲线或ε-N,结合疲劳强度累积损伤理论,计算缺口件的疲劳寿命。应力场强法的基本假设:若缺口根部的应力场强主的历程与光滑试件的应力场强度的历程相同,则两者具有相同的寿命,结合疲劳累积损伤理论,估算缺口件的疲劳寿命。

(四)损伤容限设计

这种提高机械设计疲劳极限方法是破损—安全设计准则的体现和改进。它假定零构件内存在有初始裂纹,而应用断裂力学方法估算其剩余寿命,并通过试验来校验,确保在使用期(或检修期)内裂纹不致扩展到引起破坏的程度,从而使有裂纹的零部件在其使用期内能够安全使用。它适用于裂纹扩展缓慢而断裂韧度高的材料。

(五)疲劳可靠性设计

疲劳可靠性设计是根据零部件的工作应力与疲劳强度相联系的统计方法而进行的提高机械设计疲劳极限方法,是概率统计方法与提高机械设计疲劳极限设计的相结合的产物,所以也称为概率疲劳设计。

汽车扭簧疲劳试验机的设计 第4篇

扭簧广泛应用在汽车、化工、磨具等领域，其性能的好坏直接影响着机器的使用特性[1][2][3]。扭簧的性能主要由下列参数决定：扭簧钢丝直径、扭簧的直径、扭簧的有效圈数、弹簧的材料（弹性模量）等，与材料本身的强度基本没有关系。扭簧在使用过程中，承受随机的载荷作用，经历上千万次的循环应力变化最终失效。扭簧的破坏一般是疲劳破坏[4][5][6,6][7]，所以对弹簧疲劳破坏试验的研究显得相当重要。针对这一情况设计并制造出了一台针对汽车拉手复位扭簧疲劳破坏测试的简易试验机，经运行测试，机器效果达到理想要求。

1 机构设计

该机器主要由两部分组成，机构执行部分和电器控制部分。机构执行部分采用封闭式机械设计，运用曲柄摇杆机构、锥齿轮机构以及螺旋传动原理实现扭簧扭转疲劳测试。

整机试验模型如图1所示。该试验设备机械传动结构主要由两部分组成，一部分是螺旋传动机构1，通过其调整扭簧在夹具座4之间的高度，扭簧两端卡在上下两个相应的夹具座卡槽5、6中产生一定的预紧力；另外一部分是曲柄摇杆机构7、8、9，摇杆旋转中心轴与同步带轮回转中心轴相连，带轮回转中心与扭簧夹具底座6同轴，当摇杆产生回转运动时，带动扭簧一端产生扭转运动从而达到测试目的。该机构装置可以测试不同大小规格的扭簧，其中夹具头可以根据扭簧直径的大小加以更换以进行疲劳测试。

另外，在设备侧面安装锥齿轮传动机构，摇动锥齿轮手柄，通过锥齿轮传动将动力传到曲柄机构来执行测试。通过它亦可以调节扭簧预紧力来独立进行扭簧扭转试验。

2 控制部分与计数装置

扭簧疲劳测试在机构运行的过程通过伺服电机3控制带动曲柄转动，在摇杆转动中心处装有传感器器进行数据采集。数据采集采用单片机PLC编程，计数主要程序框图（图2）以及运行主程序编制如下：

系统启动相关指令

马达驱动与计数相关指令

当发出电机3启动指令后，扭力传感器开始工作，计数器开始计数扭转次数。如果其中扭簧断裂，预紧力消失，传感器发出信号，电机扭转停止，计数器记录下最后的扭转次数。如果设置参数值过低，当达到上限值时试验机自动停止运行，重新设置参数，继续启动运行直到扭簧断裂为止。

3 试验

试件采用小汽车驾驶室拉手复位螺旋扭簧。扭簧试验机如图3所示。相关参数：扭簧有效圈数10，扭簧直径6.5mm，高度12mm，材料钢丝直径1mm。采用碳素弹簧钢丝2级。测试数据结果：设备全天候运转，设定扭转测试频率500次/分，扭簧额定扭转次数25万次，断裂时记录扭簧扭转次数16万次。

4 结论

根据扭簧疲劳断裂的特点，设计了一台扭簧扭转疲劳试验机。从实际测试结果看，该结构设计可靠合理，结构简单，操作方便，疲劳测试结果完全满足设备使用要求。根据要求可以同时测试两对扭簧，亦可以根据扭簧大小调整相应的夹具大小。这种测试机同时也提高了测试的效率，具有一定的应用前景。

参考文献

[1]张洪周.汽车构造[M].北京:北京理工大学出版社,1996:86-100.

[2]需灏.疲劳强度[M].北京:高等教育出版社,1988:209-212,215-235.

[3]赵永彬,张润生,杜发荣.汽车扭簧疲劳寿命分析[J].洛阳工学院学报,2001,22(04):55-57.

[4]Mischke C K.Prediction of Stochastic Endurance Strength.ASME Journalof Vibration.Acoustics.Stress,and Relia_bility in Design,1987,109:113-122.

[5]Howell L L.Compliant Mechanisms.New York:McGraw-Hill,2001:96-135.

[6]陈知泰.基于疲劳强度的柔顺曲柄滑块机构优化设计.机械设计,2009,26(01):28-30.

疲劳设计 第5篇

正交异性桥面板设计参数和构造细节的疲劳研究进展

正交异性桥面板的疲劳问题一直是桥梁建设中的`关键和热点问题,各国学者在此领域取得了一系列研究成果.时至今日,正交异性桥面板的结构形式较当初已经发生很大变化,大量新的研究成果相继涌现.从正交异性桥面板的设计参数和构造细节入手,对近来正交异性桥面板的疲劳研究进展进行综述分析.

作 者：赵欣欣 刘晓光 张玉玲 作者单位：中国铁道科学研究院铁道建筑研究所,北京,100081刊 名：钢结构英文刊名：STEEL CONSTRUCTION年，卷(期)：25(8)分类号：关键词：正交异性桥面板 疲劳 设计参数 构造细节

消除疲劳　中国“一绝” 第6篇

成功了!成功是最好的鉴定!成功是最好的嘉奖!捷报传来，YPX型疲劳消除机研制者、江苏南通消除疲劳研究中心主任于夫医师欣慰地笑了。

不久前，记者经友人引见，特意登门拜访。南通柴油机厂一隅，一幢宾馆式三层楼房，设计得小巧别致，银灰色的铝合金门窗及明净的茶色玻璃在太阳的照射下反折出耀眼的光芒。全国独一无二的消除疲劳研究中心便设在其中。二楼办公室里，于大夫热情地接待了我们。

年近“花甲”的于大夫，精神矍铄，才思敏捷，说话语调平和舒缓，不时地面露微笑。

“疲劳是人类的共同难题。谁没有疲劳的体验?准不想尽快地消除疲劳?尤其是运动员，煤矿、搬运工人，旅游者，因此，及时消除疲劳已成为保证运动员训练、比赛，提高运动水平的必要条件；也是提高人们劳动生产率、增强体能、增强体质的重要手段。目前，不少国家及地区亦在进行这方面的研究和探索……”

“疲劳消除机在汉城奥运会上小试锋芒，日本《工业新闻》还曾作过报道，您能给我们介绍一些有关它的情况吗?”记者道。

“1985年8～9月间，我们根据临床需要，对用于治疗缺血性疾病的体外反搏机进行系列改型和革新，由于那段时间里连续工作，常常干至深夜，故十分疲劳。有一次，我在调试机器的过程中竟不知不觉地睡若了。一会儿醒来，只觉得浑身轻松，怠意全无。疲劳消除了!反复数次，效果俱佳。由此，我们得到了启迪，于是继续改进、完善，一年后，终于研制成功了YPX型疲劳消除机。说来真有意思，疲劳消除机的产生纯属偶然。”于大夫十分谦虚地说。

的确!某些科技成果的推出，表面上看似偶然。其实，偶然之中蕴育着必然因素。成功的机遇往往只在瞬间出现，有人穷追不舍，抓住了!有人却无动于衷，放跑了!正如，同在大海边，有的人看到波涛卷起千堆雪，陡生豪情；有的人偏，只注意海天一色，茫然无获。成功决不会同“无心”结缘。据友人介绍，于大夫正是一位事业上的有心人和拓荒者。他长期从事工厂保健站的医疗工作，却数年如一日，潜心钻研业务，不断进取创新。早在1983年，他和他的同事们就开始了体外反搏运用，1985年2月建立了全国第一家体外反搏研究治疗中心，为众多患者带来了福音。近年来，他一直是南通市劳动模范，优秀共产党员。

“然而，要让疲劳消除机得到社会的承认，却并非易事。”于大夫接着说，“为此，我们在厂领导的大力支持下进行了不懈地努力。我们曾自费赴太原训练基地，为江苏等省的自行车运动员消除训练后疲劳，由于效果显著，受到了普遍欢迎和好评。终于，得到了国家体委领导同志的首肯，1987年7月，我们工作小组带着机器进入了国家体委训练局，开了我国体育羿这方面之先河。我们首先选择运动员作为服务对象是考虑到他们运动量大，容易产生疲劳，为他们服务，见效快，说服力强。”

交谈中，于大夫向我们介绍了这样一件趣事：1987年7月，围棋国手钱宇平九段在日本力克对手之后，由于极度疲劳，心力交瘁，不思饮食，夜不能寐。回国时，不能训练和思考问题。国手的身体牵动着千万棋迷的心，国家体蚕领导同志亦十分重视。当时，国家队保健医生们除了给予吸氧，推注葡萄糖外束手无策，钱字平越来越烦躁。起先，南通的同志也怕担当风险。万一效果不佳，岂不身败名裂?!国手疲劳过度、得不到休息，又不能使用镇静剂，怎么办?还是国家体委领导同志的热情鼓励给了于大夫勇气。结果，钱宇平躺上疲劳消除机45分钟后竟不知不觉地呼呼睡去，60分钟后回到宿舍，又接着入睡。连续治疗3天，钱字平便康复如初了。翌日还挥师南下，参加了在镇江举行的围棋国手赛，并取得佳绩。

据介绍，疲劳消除机先后在115名省和国家级自行车、游泳、田径、乒乓球、划船、围棋、举重，健美运动员中应用，昔遍反应良好，深受欢迎。过去，国家游泳队一直战绩不佳，在奥运会上，从未进入过名次。在游泳队队员的恢复措施上，于大夫配合教练员倾注了心血。，就这样，在有关方面的共同努力下，1987年8月，国家游泳队在澳大利亚的一次国际比赛中获得名次，男女队各得一枚金牌、一枚铜牌。由此，疲劳消除机在运动员中引起了震动。国家体委副主任张彩珍，训练局局长李富荣等都予以高度评价和肯定。1987年9月，在国家体蚕科教司主持下，YPX型疲劳消除机通过了技术鉴定。

鉴定书上这样写着：实践证明，YPX型疲劳消除机对消除肌肉疲劳和中枢疲劳效果较明显。它对人无创伤，无痛苦，且能增强心，脑，肾功能，是目前较理想的消除疲劳的一种新方法。该项技术是消除疲劳领域中的一个突破，系国内首创。

时间，沉淀一切，考验一切、显示一切。从临床工作到专题研究，从民间尝试到通过鉴定，从南通到北京：到汉城，于，大夫及其同事们经历了风风雨雨一一创业的苦战、立业的艰难、成功的喜悦，还有未来的召映。在人生的征途上，于大夫终于登上了一座事业的高峰。

“疲劳消除机为什么能够消除疲劳呢?”

于火夫向我们作了解释：“疲劳消除机系机电合一的综合装置，在一定的条件下，对肢体进行加压，以增加血流量，加速血液流速，活跃淋巴液循环，从而加强某些脏器功能。疲劳消除机可及时供给氧气和营养物质，加速体内乳酸及代谢产物的排出，及时偿还因剧烈运动所造成的氧债和血流债，从而达到消除疲劳的自的。”

于大夫告诉记者，疲劳消除机还曾为山西大治煤矿的60多名井下工做过康复治疗。工人们原每天工作6小时，试验时，改为每天5小时采煤，1小时接受恢复措施，结果，每人平均日产量不但没有下降，反而有所提高。

于大夫的办公桌上堆满了书籍、资料，看得出，他很忙!记者不忍过多地占用他的宝贵时间。

“最后，请您谈谈今后的打算、设想。”

“我们将逐步地让疲劳消除机服务于各行各业的人们，如，工人、农民、知识分子、旅游者，中老年疗养者等等。我们的目标是：让每个人在疲劳之后都能迅速地得以恢复，让每个人都能精力充沛地为社会主义建设作贡献。”说着，于大夫取出一悄由周谷诚题写的条幅，上写：“中国抗衰老研究中心”“在国家有关部门支持资助下，我们打算在消除疲劳研究的基础上进行人类抗衰老的尝试，1989年正式挂牌。虽然任重道远、困难重重，但我们充满信心!”

驱动疲劳试验机液压系统的设计 第7篇

液压系统的作用是给液压疲劳试验机供给压力源, 组成部分包括伺服控制系统、液压动力机构以及部分液压辅助设备等, 运动介质为液压油, 液压缸作为执行机构, 在液压控制系统中利用伺服控制器实现控制压力, 采用电液伺服阀调节液压缸运动比例。试验机内包含的液压测试子回路具有独立性, 数量为两套, 在测试试验机时, 若某个子回路制动软管出现损坏造成压力降低, 与测试压力最低值相等后, 当液压系统不再提供压力源, 另外一个试验机的子回路状态不发生改变。

1 液压系统的技术要求

液压制动疲劳试验机在液压系统上提出的基本要求:测试两件相同试件, 压力范围设置为1516.8到1620.3千帕, 不间断运行三十五个小时, 管内压力出现降低后, 停止向已发生损坏的软管供应压力;并对管路中的压力值采用实时监测, 可实现在系统停止后仍然可记录管路中的压力值。

在水中完制动软管试验, 水表面产生的粘度系数较小, 对液压原件不会造成腐蚀, 在传统的液压回路中不适合使用该方式, 在液压系统中采用两种不同的工作介质, 包括乳化液与矿物油, 该物质的组成部分为防腐剂与水的混合体, 通过该方式可实现压力调节, 系统寿命增长, 系统要求得到满足;运行液压调节子系统使用的介质为矿物油, 测试软管回路时在测试的软管中通入乳化液。系统内设置夹紧油路, 可有效地定位软管固定管接头的活动梁, 与之前设计的铰链夹紧机构, 可实现有关动作, 包括松开、夹紧等。

2 液压执行机构设计

2.1 执行机构选型

液压系统中应用的液压油是矿物油, 软管中含有的液体为乳化液, 可实现油与水之间的相分离, 通过两个液压缸连接故拟定执行器。设计系统时应用球铰连接增压器与工作液压缸, 可提高工作压力可调节范围, 液压泵的压力等级也有所下降, 系统投入的成本降低, 系统操作安全性与可靠性更高, 同时压力提高, 油与水相分离。

夹紧油路的功能主要为夹具松动与夹紧, 拟定液压缸可产生的最大推力是5KN, 与已设计成熟的夹具机构相结合, 实现有关动作。执行器作为一种较轻的拉杆式液压缸, 缸体内部构造为无缝钢管, 按照不同的工作压力选择对应的管壁厚度。经过结构缓冲后可使性能的稳定性得到提升, 压力范围在3.5—21MPa之间。

2.2 选择液压回路

(1) 在压力调节—卸荷回路中, 主要作用为完成压力供应并可以向其他设备提供稳定压力, 调节试件压力可通过伺服阀方式实现。利用直动式电液伺服阀科提高压力调节能力, 完成压力线性调节, 并符合试验机的基本工作要求。

(2) 利用球铰实现增压器与工作液压缸连接, 完成对回路的测试, 提升测试能力, 实现分离水与由。

(3) 通过夹紧油路, 实现夹具的多种动作, 包括松开与夹紧。

(4) 采用换向阀配合单向阀的方式, 可实现在同一时间测试两根软管, 其中一根软管出现损坏后可停止该软管压力, 实现独立测试两根软管回路。

(5) 液压源, 该设计内回路中产生的流量较小, 同时不会产生较大变化, 测试压力也较小, 可应用比较成熟且经济的流量较小的定量叶片泵。

2.3 合成液压回路

选择液压系统回路后, 采用适合的方式结合各个回路, 并去除较多的液压元件, 合并功能相同的元件, 从而可获得液压回路基本原理图。

利用电磁阀的电磁铁方式控制系统基本功能, 由于直动式电液伺服阀是一种输入模拟控制信号, 因此单独介绍, 剩余应用数字信号实现对液压阀动作顺序的有效控制, 如下表1中显示的全部电磁铁动作。

应用带有反馈系统的伺服阀, 可提高控制试验压力的准确性。利用线性输入信号的方式, 实现控制电液伺服阀信号, 阀口开启面积表现为线性化, 准确度与精度提高, 同时可实现溢流量线性化。

综上所述, 下图1表示已绘制的液压回路基本原理。

3 液压元件选型设计

3.1 液压泵选型设计

通过上表1可得, 系统液压执行工作压力通过两个试件软管入口处无破损的压力=1620.3k Pa+1620.3k Pa=3240.6k Pa与夹具上方夹紧液压缸入口位置的压力值为3.5兆帕, 产生的推力最大值为7.1KN, 通过上图1可得, 单向阀与三位四通换向阀位于增压器、液压缸以及泵之间, 同时将测试油路中产生的乳化液水箱等管路会产生一定的压力损失, 因此, 取泵到执行器上产生的全部压力损失值为ΣΔP=1MP, 如下为按液压泵工作压力公式:

测试子回路内全部压力值:P=P1+P2=1.62+1.62=3.24MPa

处于正常转动情况下的压力泵, 计算输出的压力值为:

测试回路时, 回路中产生的流量最大值为软管中的容积, 因此该回路中的最大流量较小;夹紧回路中使用的活塞杆直径为22毫米, 缸径为50毫米, 设计系统活动距离比轻型100毫米拉杆式液压缸值低, 产生的流量值较小;系统处于工作状态下, 会存在一定的伺服反馈调压, 损失一定量的力量, 获取服阀流量最小值为2L/min, 取系统的侧漏系数值为, 流量较大取其中较小值, 流量较小时取较大值, 因此侧漏系数为1.3时的公式如下:

液压缸产生的流量最大值的计算公式为:

得到泵产生的实际流量值qz=3L/min。

通过确定液压泵压力与流量的比例, 根据以下功率公式进行计算:

Pz——表示液压泵可承受的工作压力最大值;

qz——表示液压泵实际工作流量;

ηz——表示为液压泵整体工作效率;

通过机械设计手册, 选择的单级叶片泵型号为YB-A6BDTFL-1。图2为液压系统总体装配。

运行液压站的主要驱动装置为泵组, 组成部分包括液压马达与液压泵。基于液压泵理论公式对型号为YB-A6BDTFL-1的单级叶片泵计算, 并得到理论值, 额定压力值为7兆帕, 排量为6.5毫升每分钟, 驱动功率为1.0千瓦, 输出流量为每分钟4升, 额定转动速度为每分钟1000转, 转动速度最高可达到每分钟2000转, 转动速度最低为每分钟800转, 转动的方向为逆时针, 设计时应用的电机为河南黄河电机厂生产的型号为Y280S-6的三相异步电机, 该电机的额定功率为25千瓦, 额定转动速度为每分钟1000转。与型号为YB-A6BDTFL-1的单级叶片泵应用要求相同。连接电机与液压泵过程中, 轴心的准确性具有一定保障, 产生的误差值不能高于正负0.01毫米。

3.2 液压阀选型设计

以文本设计的液压系统基本需求作为基础, 在选择控制阀时需要对控制元件流体流量、方向以及压力的方式实现, 电液伺服根据输出特性的不同, 可划分多种不同种类的控制阀, 如压力、流量、压力 -流量等;主要的结构形式分为喷嘴挡板、圆柱滑阀以及射流管阀等, 以液压系统基本需求为主, 可选择系统中使用的伺服控制阀为圆柱滑阀结构的QDYD—I直动式电液伺服阀作。

下图3表示系统中使用的直动式电液伺服阀内部构造图, 通过零位调节螺塞调节零偏, 安装阀套的目的是减少阀芯之间产生的摩擦, 可提高控制准确性。

图4为QDYD—I电气原理图, 由原理图可知, 首先比较器会对输入信号做出对比, 然后调幅器将调幅处理传送至反馈环, 最后输出控制信号由反馈调节送达液压驱动器。

基本设计理论作为基础, 通过调整额定流量较小的电液伺服阀, 可提高系统运行效率, 该设计中绘制的阀功率特性曲线对液压系统运动轨迹覆盖, 因此采用的伺服阀额定流量为10分钟每升, 零位泄漏值的大小为0.8每分钟每升。通过以上分析可获得相关特性, 见下表3。

通过电信号转换液压信号控制的液压阀成为直动式电液伺服阀, 系统压力按照输入不同大小的信号值控制, 该方式适合在自动化系统中使用, 该系统会产生较多变化的级别, 主要在注塑机等高压力调节系统中应用。

4 结论

本文主要介绍液压制动疲劳试验机液压系统的主要技术与整体结构, 分析并进一步计算负载结构, 并对系统中使用的动力源液压泵组机构进行确定, 得到与试验机供压需求相符的液压马达与液压泵。除此以外, 同时简单描述液压系统内直动式电液伺服阀特征与具有控制液压系统的特点, 进一步分析与计算试验机液压系统负载, 最终对设计的试验液压机系统进行确定, 为试验机的液压系统研制和装配提供了理论依据和技术保障。

参考文献

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[2]陈宝伦.液压操动机构的设计与应用[J].北京:机械工业出版社, 2011 (04) :105-108.

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[4]马德庆.液压系统常见故障及解决方法[J].设备管理与维修, 2008 (04) :30-31.

[5]贺利乐, 吕刚, 张平, 郑建校.液压与液力传动[J].北京:国防出版社, 2011 (01) :112-116.

疲劳设计 第8篇

在民机研制过程中, 无论是波音或空客, 除了用分析方法对结构完整性和安全性进行估算外, 还通过结构试验对分析结果进行验证。民机的结构设计必须按照耐久性/损伤容限要求进行, 并满足适航条例CCAR/FAR 25部相关条款25.571等条的要求。由于耐久性/损伤容限的分析方法不像静强度的分析方法那样成熟, 适航当局在进行符合性审查时, 只相信试验验证和有试验结果支持的分析, 特别注重全尺寸结构的疲劳和损伤容限试验。全尺寸疲劳试验是对飞机结构的总体耐久性及损伤容限设计水平的综合验证, 其目的在于验证结构设计、疲劳设计方法和制造工艺质量, 暴露结构疲劳薄弱部位, 为确定结构疲劳寿命提供试验依据[1]。

全尺寸疲劳和损伤容限试验是一项技术复杂、成本高和风险大的试验, 试验结果的精度和有效性有赖于试验实施方案的设计, 包括疲劳试验载荷谱、试验件和试验件的支持、试验设备和加载等。从20世纪50年代至今, 全世界已经进行了数百架飞机的全尺寸疲劳试验, 有整机试验, 也有分部段进行试验。目前, 空客公司采取分段试验的方案, 如A300飞机分别进行了前机身、水平尾翼、后机身加垂尾和中机身加机翼试验, 图1为A300水平尾翼疲劳试验;波音公司则是在全机试验之后, 再补充一些未能考验到的部件试验, 如B777飞机疲劳试验包括一个整机试验, 前、主起落架及其支持结构和内侧襟翼单独试验[2]。部件试验的优点在于, 各部件试验可同时独立进行、载荷谱全面、加载点少及进度快等, 因此广泛用于民机研制过程中。本文通过某飞机襟翼子翼疲劳试验过渡段的设计分析, 主要研究全尺寸部件疲劳试验的支持设计。

1 某飞机襟翼子翼疲劳试验过渡段分析

全尺寸疲劳试验要求试验件的支持状态应尽量符合真实使用情况。与整机疲劳试验不同, 部件疲劳试验件一般装在支持夹具上, 支持夹具应提供与原结构相当的支持刚度以及相同的载荷分布。图2为某飞机襟翼结构, 其前缘含有4个子翼, 其中1#和4#子翼各通过2个接头固定在主襟翼上, 2#和3#子翼各通过3个接头固定在主襟翼上。根据子翼与主襟翼的连接方式及其受载严重情况, 分别取1#子翼和3#子翼进行疲劳试验。

根据1#和3#子翼与主襟翼的连接及传力路径, 分别对2段子翼试验件的过渡段进行设计。如图3-4所示, 分别为1#和3#子翼的过渡段。对1#子翼, 其外接头靠近支臂, 内接头位于悬臂端, 因此过渡段的设计取主襟翼前缘结构, 在内接头处采用长臂梁接头, 在外接头处采用2个短臂梁接头, 过渡段的设计就是调整3个梁式接头的刚度属性。对3#子翼, 同样取主襟翼前缘结构, 因内外接头靠近两侧支臂, 因此分别采用2个短臂梁式接头;在中接头附件采用一长臂梁式接头。子翼试验件通过子翼接头固定在主襟翼 (真实支持) 或过渡段 (试验支持) 上, 其接头反力大小反映边界条件对子翼的支持状态。结合支持夹具的设计要求, 下文分别对2段子翼的支持方案进行详细分析。

1.1 1#子翼

取试验载荷谱中22种典型工况进行计算分析, 对比1#子翼2个接头分别在主襟翼支持和夹具支持下的接头内力, 列于图5-6。对比显示, 2种支持条件下的接头内力几乎严格一致, 说明支持夹具可准确模拟1#子翼的边界条件, 提供真实支持。

为验证支持夹具是否提供与原结构相同的载荷分布, 对比2种支持下1#子翼在各个典型工况下的最大Von Mises应力, 如表1所示, 两者基本一致。最大Von Mises应力发生在201501工况, 如图7所示, 对比了该工况下2种支持的Von Mises应力分布, 显然, 两者的应力分布基本一致, 表明支持夹具可提供与真实结构相同的应力分布。

(单位:MPa)

1.2 3#子翼

取试验载荷谱中13种典型工况进行计算分析, 对比3#子翼3个接头分别在主襟翼支持和夹具支持下的接头内力, 列于图8-9。比较显示, 2种支持条件下的内力矩偏离稍大, 这说明过渡段所提供的边界条件与真实结构有差别。但由于内力矩较大, 反映出来的相对偏离较小。

为此, 对比2种支持下3#子翼在各个典型工况下的最大Von Mises应力 (见表2) , 可见偏差很小 (最大误差为3.23%) 。最大Von Mises应力发生在201501工况, 对比该工况下两种支持的Von Mises应力分布, 如图10所示。显然, 两者的应力分布基本一致。

(单位:MPa)

1.3 讨论与分析

2段子翼疲劳试验件与主襟翼的连接均为静不定的集中连接, 因此, 支持夹具的设计必须考虑主襟翼的刚度属性以及试验载荷特征。由于1#子翼与主襟翼的连接静不定阶数较3#子翼低, 因此其支持夹具的设计较3#子翼简单;同时也反映在接头内力与应力分布精度上。可见, 试验件的静不定连接给支持夹具设计带来的影响。

实际上, 有些部件与过渡段的连接属于分布连接, 分布连接是以无穷多支持点支持试验件的连接方式。对分布连接, 因难以测定或计算各支持处的刚度, 因此很难对支持处的刚度比实现真实模拟。这样在支持点附近的试验结果就不能反映真实情况。根据圣维南原理, 只有在距支持点足够远的点上, 试验结果才有意义。有时不得不采用与试验件相连接的真实结构作为试验件的支持段[3]。如某飞机翼梢小翼疲劳试验, 小翼与机翼盒段分布连接, 取机翼外段 (某站位以外) 与端肋之间的盒段作为试验件的过渡段, 以准确模拟机翼对翼梢小翼的支持。最后, 还应对过渡段进行强度校核, 以保证试验顺利进行。

2 结论

随着全尺寸部件试验广泛应用于民机研制与适航取证过程, 为保证试验结果准确有效, 用以验证结构设计并暴露结构疲劳薄弱部位, 必须对试验件的支持方案进行充分设计, 确保符合真实使用情况。本文通过对某民机襟翼子翼疲劳试验过渡段的设计与分析, 研究了民机全尺寸结构疲劳试验支持方案的设计。研究表明, 随着试验件与真实支持连接的静不定阶数增大, 过渡段的设计趋于复杂。当支持夹具的设计太复杂时, 为保证试验结果准确有效, 可采用与试验件相连接的真实结构作为试验件的支持段。

参考文献

[1]HB 7714-2002飞机结构疲劳试验通用要求[EB/OL].[2002-11-20].http://www.doc88.com/p-18630933182.html.

[2]马健.B777全尺寸静力和疲劳试验[J].民航经济与技术, 1997 (6) :33-35.

钢结构公路桥梁疲劳设计标准研究 第9篇

关键词：钢结构桥梁,疲劳,设计标准

近年来, 钢结构桥梁在我国应用日益广泛, 随之而来的钢结构桥梁疲劳问题也逐渐严重。桥梁设计人员对结构承载力的认识已经非常充分, 但却对对疲劳荷载作用导致构件或者连接失效没有充分的认识。由于环境侵蚀、车流量过大以及车辆超载等原因造成桥梁坍塌的事件时有发生, 因此桥梁的疲劳破坏日益受到相关部门及研究人员的高度重视。

目前疲劳设计方法主要有三种, 最早出现的是无限寿命设计, 这是一种简化的设计方法, 它要求结构的设计应力低于其疲劳极限应力值;19世纪末Wohler提出S-N曲线 (应力-疲劳寿命曲线) , 它反映了在循环荷载作用下试件疲劳强度与疲劳寿命之间的关系, 根据桥梁设计知道应力幅值S之后, 根据应力-疲劳寿命曲线可以得出疲劳破坏的循环次数N。基于S-N曲线, 又有学者提出了安全寿命设计, 保证构件或者连接在安全使用期限内可以正常使用;20世纪后半叶又出现了以断裂力学为基础的损伤容限设计, 通过估算其剩余寿命来保证其试用期内不会因裂缝扩展而引起破坏。当前世界各国疲劳设计规范多是基于后两种方法, 英国、美国、日本和欧洲的规范有相同的安全判定准则, 并对疲劳强度的等级进行了划分, 而我国规范对疲劳设计规定比较简单。本文对各个国家当前规范中使用的疲劳准则进行总结分析, 并进行对比, 从而作为钢结构公路桥梁研究者进一步研究的参考。

1 疲劳安全设计准则及疲劳荷载模型

1.1 中国钢结构设计规范

各国疲劳设计准则非常相似, 我国钢结构设计规范GB50017-2014规定疲劳计算采用容许应力幅法, 对于常幅疲劳的计算公式为[1]:

其中:Δσ为常幅疲劳的容许应力幅值。

我国钢结构规范疲劳设计采取荷载标准值而不是采用以基于概率的极限状态设计方法。目前我国钢结构设计将结构细部分为8类, 包括:高强度螺栓摩擦型连接、连孔构件、翼缘焊缝、横向加劲肋、横向角焊缝连接和节点板连接[2]。

1.2 欧盟疲劳规范

欧盟疲劳规范[3]包含两类疲劳设计方法, 一类是绝对安全设计, 另一类是损伤容限设计。两种方法计算公式相同但是所取的系数不同。这一公式为:

式中:ΔσR为疲劳强度, γFf和γMf为荷载作用部分因子和符合疲劳强度因子。欧盟疲劳规范引入疲劳荷载和疲劳强度影响因素, 采用了极限状态设计方法。欧盟疲劳规范对构造细部共分为14类, 主要包括螺栓连接、焊接组和构件、受力焊缝等。

1.3 美国国家公路与运输协会标准

美国国家公路与运输协会标准[4]采用安全寿命设计方法, 美国国家公路与运输协会标准中规定了两个疲劳极限设计准则, 第一个是对应常工况的无疲劳设计, 第二是极限工况强度设计。这两种准则由下式表示:

式中:γ为修正系数, Δf为应力幅, (F) n为疲劳应力强度。常工况无疲劳设计时γ=1.5, 疲劳应力强度由S-N曲线得出。应用疲劳设计准则时γ=0.75, 对应的疲劳设计由下式确定:

式中:A为常数, N为循环次数。75年使用寿命的桥梁由下式确定:

其中:ADTT为标准疲劳卡车日流量;P为多车道折减系数;n为卡车轴数。

1.4 英国国家标准

英国国标公路桥采用三级控制, 第一级为疲劳应力上弦控制, S<σH, σH为实际情况疲劳应力强度的上限值, 由规范图表给出。第一级为保守计算, 当第一级计算不满足时, 再进行第二级和第三级的验算。第二级为单量标准车疲劳设计, 考虑多车道上标准车对某一车道产生的应力幅, 再根据S-N曲线得出安全使用年限, 公式如下:

允许应力幅值为:

第三级验算为荷载谱累计损伤疲劳设计。与第二级验算相似, 第三级采用米诺累计损伤公式验算。

2 钢结构桥梁疲劳设计值得探讨的问题

2.1 受复杂应力的钢结构桥梁疲劳验算

结构受单向应力时, 结构的疲劳验算为控制其疲劳应力不大于疲劳容许应力。对于钢结构桥梁, 往往会受到多向应力的作用, 式 (2) 中ΔσE为等效主应力幅度γ·Δ

将式 (2) 中疲劳强度和等效应力幅用受剪疲劳强度和等效剪力幅代替, 得到当剪应力和主应力接近时的疲劳验算准则:

对于受复杂应力的构件或连接, 要同时满足式 (2) 和式 (10) 的要求。

2.2 腐蚀对疲劳破坏的影响

桥梁经常建造在气候环境恶劣的地方, 由于受到外界环境长年累月的侵蚀, 使得桥梁腐蚀会随着时间增长愈加严重, 腐蚀对桥梁安全的影响也越来越大。自然条件下腐蚀对疲劳破坏的影响与实验室模拟有些不同, 自然条件下长时间的疲劳荷载会与腐蚀损伤相互促进, 更加危险。因此有必要进一步进行腐蚀对桥梁疲劳荷载的影响的研究, 以及加强钢结构桥梁的防腐及维修, 提高其使用时间。

2.3 疲劳与断裂

韩国圣水大桥悬挂跨落水事件[5]就是由于桥梁疲劳开裂而没有被发现, 造成最后桥梁断裂。在某些情况下, 裂纹发展到一定程度会自动停止, 尽管继续作用循环荷载, 裂纹也不会继续扩展。计算极限裂纹的尺寸以及裂纹终止的条件是断裂力学近些年所要解决的问题。疲劳破坏的本质就是循环荷载作用下累计损伤的发展。采取措施避免桥梁在循环荷载作用下发生脆性断裂也是前几年的研究热点, 如2005版欧洲规范建议根据断裂力学“无延性转变温度”概念通过选材避免断裂在桥梁中的发生[6]。另外, 根据钢材的特点, 对桥梁材料进行低温冲击试验, 可以有效避免脆断现象发生。

3 结语

钢结构桥梁近年来应用日益广泛, 随之而来疲劳问题也逐渐严重。但我国从事桥梁设计人员对疲劳荷载作用导致构件或连接失效的认识不足。本文首先对各国公路桥梁疲劳设计进行了总结, 然后对比分析中国、欧盟、美国相关规范中的疲劳设计准则和疲劳车模型, 最后提出需要进一步研究复杂受力情况下的钢结构桥梁疲劳与腐蚀相互作, 以及疲劳与断裂的问题。研究成果对我国钢结构桥梁在实际工程中的设计应用提供参考。

参考文献

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[2]王斐, 赵君黎, 雷俊卿.公路钢结构桥梁的疲劳设计研究[J].公路, 2007, 10 (10) :17-20.

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[4]美国州际公路及运输工作者协会.钢桥疲劳设计指导性规范[S].国外桥梁, 1992.

[5]吴阿明.桥梁钢结构腐蚀与疲劳应力研究[D].西安:长安大学, 2013.

疲劳设计 第10篇

1 机械零件强度设计步骤

机械零件强度设计主要考虑两项内容: (1) 机械零件尺寸的初步确定。 (2) 关键位置强度的确定。其中, 确定机械零件初步尺寸时, 需对其静强度加以计算。而后校核计算机械零件截面或关键位置。机械零件校核计算重点在于对安全系数的判定, 要求其不能小于许用安全系数, 即n≥[n]。另外, 以上两项内容均满足要求后, 还应考虑机械零件的使用寿命, 结合机械零件的各项参数, 估算机械零件寿命, 以验证其是否满足相关规范标准要求。

2 机械零件常规疲劳设计方法

机械零件常规疲劳设计时, 要在排除零件初始裂纹的前提下, 实施标准试样疲劳试验, 以获得机械零件的疲劳极限图、S-N曲线以及零件材料的疲劳极限等相关内容。同时, 综合分析零件形状产生的应力、表面状况、零件尺寸等, 确定机械零件常规疲劳设计的方法。依据S-N曲线, 可将机械零件常规疲劳设计分为有限寿命设计与无限寿命设计。其中, 前者的设计主要参考S-N曲线中的斜线, 后者则主要参考水平线。

2.1 有限寿命设计

部分领域的机械零件更新换代较快或属于一次性消耗产品。因此, 要常对其进行有限生命设计, 并在满足设计标准的基础上, 减轻其重量, 尤其要将超过疲劳极限工作应力作为设计过程中重点考虑的内容。机械零件有限寿命设计主要基于迈因纳理论, 即受给定应力水平反复作用, 试样损伤程度与应力循环次数之间呈现线性累计关系, 当损伤累计达到临界点时破坏。同时, 需要明确的是, 不同应力给机械零件造成的疲劳损伤彼此并不受影响, 而是相互独立。因此, 机械零件总的损伤是所有损伤之和。

2.2 无限寿命设计

无限寿命设计指机械零件在无限长时间内不会因疲劳而发生破坏。分析S-N曲线不难发现, 水平线段表示机械零件的疲劳寿命为无限的。因此, 设计时只要将机械零件的工作应力控制在疲劳极限内, 从理论上便可达到无限寿命目标。但是, 按照这一理论设计机械零件, 往往给零件尺寸及重量造成不良影响, 如零件尺寸较大且过于笨重。但是, 对使用寿命较长的零件而言, 尽可能延长其寿命, 依据该理论仍较为有效。

3 机械零件疲劳强度的计算及设计对策

机械零件工作期间所受的变应力有稳定与不稳定之分。为保证设计机械零件的疲劳强度满足规范及使用要求, 应注重计算不同条件下机械零件的疲劳强度, 以提出针对性设计对策。

3.1 稳定变应力疲劳强度的计算

计算稳定变应力机械零件的疲劳强度可采用许用应力法、安全系数法等。其中, 许用应力法主要通过对应力幅大小的限制而实现。当机械零件所受的变应力对称时, 使用公式ómax≤[ó-1]=Sóó-1进行计算;当变应力不对称时, 应满足关系式σα≤≤[σα]。而使用安全系数法时, 需了解机械零件的尺寸及基本结构, 且需要对最大应力幅安全系数及最大应力进行校核。

3.2 非稳定变应力疲劳强度的计算

对非稳定变应力下机械零件疲劳强度的计算, 可依据以下步骤实施:首先, 将非稳定变应力转化成等效稳定变应力, 而后利用稳定变应力方法加以处理。其次, 明确等效应力及循环次数。其中, 选用作用时间最长或值最大的为等效应力, 同时使用公式NV=ni=∑1 (σVσi) mni计算等效循坏次数。最后, 计算机械零件的疲劳极限及相关安全系数。

3.3 提高机械零件疲劳强度的设计对策

研究发现, 影响机械零件疲劳强度的因素较多, 其中应力集中、零件尺寸、表面状态等均会给机械零件疲劳强度造成了不良影响。因此, 设计机械零件时, 应综合分析机械零件面临的影响因素, 并初步估算疲劳强度, 而后采取针对性设计对策, 提高机械零件的疲劳强度。

首先, 减少机械零件应力集中。为最大限度地减少机械零件应力集中, 设计过程中应加强机械零件应力集中规律的研究, 掌握机械零件应力集中特点。例如, 设计过程在不影响零件功能正常发挥的基础上, 要注重改善机械零件外形, 尤其不应将角度设计成尖角。同时, 如果需要开孔, 应尽量开椭圆或圆孔, 且位置选择在低应力位置。另外, 还应局部加强孔边。

其次, 提高零件表面加工质量。设计机械零件时, 应注重考虑其表面加工质量, 尤其应充分考虑所用的材料。在使用性能优良生产材料的同时, 要在零件表面多下功夫, 如要求对零件表面进行氧化、辊压以及喷丸处理等, 以争取做到精益求精, 避免机械零件表面初始裂纹的产生, 提高机械零件的应力抵抗能力。

最后, 强化机械零件生产工艺。强化机械零件生产工艺是提高机械零件疲劳强度的重要举措。因此, 对机械零件进行设计时应充分考虑机械零件的生产工艺。一方面, 要明确设计机械零件的用途及材料性能;另一方面, 结合使用的材料, 运用针对性工艺加以处理, 以有效提高机械零件的疲劳强度。

4 总结

随着社会的进步, 机械设备在人们生产生活中的应用率越来越高。因此, 确保机械设备性能的充分发挥意义重大。众所周知, 机械设备性能优良与否和机械零件性能不无关系。研究发现, 疲劳强度是影响机械零件性能与使用寿命的重要因素, 尤其在当今社会, 部分领域对机械零件性能要求较高。因此, 应积极采取有效措施提高机械零件的疲劳强度, 明确疲劳强度设计的步骤及方法, 分析影响疲劳强度的因素, 从而优化设计质量, 为提高机械零件的疲劳强度奠定坚实基础。

参考文献

[1]孙少江.机械零件疲劳强度的影响因素论析[J].科协论坛, 2011, (9) :100-101.

[2]蔡艳, 阳益贵, 欧阳临湘, 龙作彪.表面质量对零件抗疲劳强度的影响[J].机械工业标准化与质量, 2009, (7) :35-38.

[3]刘金标.提高零件疲劳强度的方法及措施[J].机械管理开发, 2010, (4) :68-69.

自我按摩赶走疲劳 第11篇

随着生活、工作节奏的加快，许多人常处于一种高度紧张、心身疲惫的状态，而慢性疲劳综合征往往会特别青睐这一类人。

慢性疲劳综合征，对人们的身心健康危害极大，由于该病的病因及发病机理尚不清楚，现代医学至今还没有什么特殊的治疗方法。您不妨试试以下自我按摩法，相信可以较好地缓解身心疲惫的症状。

1. 预备式：仰卧于床上，双眼微闭，呼吸调匀，全身放松。

2. 外踝推下肢外侧：将左（右）外踝关节轻轻地放在对侧下肢外侧（外膝眼下），然后适当用力，沿下肢外侧推至外踝关节处。可连续推3～5遍，双下肢交替进行。

功效：调中理气、健脾和胃、通络导滞、振奋精神。

3. 足跟推下肢内侧：将左（右）脚的足跟部，放在对侧下肢内侧（内膝眼下），然后适当用力，沿下肢内侧推至内踝关节处为一遍。可连续推3～5遍，双下肢交替进行。

功效：养心安神、活血通络、健运脾胃。

4. 足掌推足背：将左（右）的前足掌，放在对侧的足背上，用足掌推足背10～20次，双足交替进行。

功效：安神清脑、活血镇痛、镇静除烦。

5. 双足底对搓：左、右足的足底相互对搓1～3分钟，至足底微微发热。

功效：醒脑开窍、清心除烦。

6. 揉捏大腿内外侧：坐在床上，双下肢伸直，用双手掌从上而下揉捏大腿1～3分钟，双腿交替进行。

功效：除湿利尿、活血镇痛。

7. 叠掌团摩脐四周：将一手的掌心放在肚脐上两寸处，另一手掌掌面重叠在掌背上，然后适当用力沿脐四周作环形按摩30～50圈。

功效：益气活血，健脾除湿。

8. 拳击腰骶部：盘腿坐于床上，双手握拳，将拳头的掌指关节分别放在腰椎两侧，适当用力从腰部往骶部捶击30～50次。

功效：强健腰肌、温补肾阳、振奋阳气。

9. 推揉肋下：用双手掌根分别放于两侧肋下，适当用力沿肋下向上腹正中推揉10～20遍。

功效：疏肝解郁、理气止痛。

10. 对按内、外关穴：用左（右）手的拇、中指尖，分别放在对侧手腕横纹近心端3横指的内、外关穴上，手指对合用力按揉内、外关穴0.5～1分钟，双手交替进行。

功效：舒心解郁、理气除烦。

11. 分推前额：将双手拇指指腹分别放在前额正中两侧，其余四指分别附于头部两侧，双手适当用力，拇指指腹分别沿前额两侧分推至太阳穴处20～30遍。

功效：醒脑提神、除烦镇痛。

12. 点揉百会：用中指或食指按于头顶正中的百会穴上，用力由轻到重按揉20～30次。

功效：健脑安神、益气固脱。

13. 揉捏牵耳：将双手半握拳，用拇、食指分别捏住同侧耳上部，然后适当用力从耳上部捏揉至耳垂，再将耳垂向下牵拉5～10遍。

功效：醒脑明目，通窍提神。

14. 梳理头部：双手呈“爪”状，分别放于面部眉部处，指尖微用力从前额向头部两侧作梳理动作10～15遍。

功效：平肝明目、宁神除烦。

循环球式转向器疲劳性能试验设计 第12篇

1 试验的设计

1.1 试验目的

循环球式转向器疲劳性能试验是将INSTRON试验系统与计算机控制系统结合,模拟汽车结构受力状况,开展转向器受力状态下的疲劳行为试验研究,达到为循环球式转向器结构设计与强度评估提供基础技术支持。

1.2 试验对象

循环球式转向器主要由转向器壳体、螺杆、螺母、摇臂轴以及循环球等部件组成,通过将循环球置于螺母与螺杆之间密闭管路中,把螺母螺杆之间的滑动摩擦变为滚动摩擦,阻力变小,传动效率大大提高,增加了操作的轻便舒适性,螺杆与方向盘转向管柱固定到一起,方向盘转动后螺杆驱动螺母上下运动,此时与螺母齿合相连的摇臂来回摆动,即实现了轻松转向。试验样品结构如图1所示。

1.3 试验原理

循环球式转向器疲劳试验系统原理如图2所示,将转向器总成固定在工作台上,限位挡块将螺杆固定,在中间位置保持适当的间隙,疲劳试验油压[5]应为转向器最大工作油压加2 MPa,用最大的输出力在输出端加载,即使用垂直方向负载油缸,驱动摇臂完成加载,实现动态载荷模拟,工控机通过数据采集单元,接收拉压力传感器反馈的真实载荷值,通过变频电机[6]作用于液压缸调节加载设定值,实时采集与控制疲劳试验的应力波形、大小、周次等参数[7]。转向器疲劳试验系统组成主要为IN-SRON1251载荷台架、载荷传感器、±50 k N直线液压缸、数据采集-控制子系统与电磁阀等。

2 试验的过程

2.1 试验夹具

根据试验件情况,设计循环球式转向器疲劳试验过程中使用的夹具,疲劳试验夹具示意图如图3所示。

试样夹持采用螺栓预紧,底板通过螺栓与法兰盘锁紧到试验台架工作面,将转向器通过螺栓锁紧至钢板,经过试验调试夹具夹持力满足试验要求。

2.2 试验参数

试验采用单通道载荷控制技术,即通过精确控制施加载荷的大小实现对直线液压缸的运行控制,数据采集控制单元实时接收反馈信号发出指令信号。试样加载时分中间位加载和左右位一定角度加载,具体流程见表1与表2。

2.3 试验步骤

试样的安装固定与运行见图4。

夹具固定:夹具钢板置于载荷台架上,法兰盘置于载荷台架下方,通过螺栓将夹具钢板与法兰盘锁紧,为转向器工作提供稳定的工作面;转向器固定:用螺栓将转向器通过夹具钢板上的限位孔固定;液压助力接入:液压源上的进油管和出油管与转向器相应油口连接,为转向器提供助力,调试压力;输入端限位:使用限位挡块将螺杆限制在适当的范围;输出端连接:将直线液压缸与输出端连接;启动:设置好载荷、外保护[8]后,启动开始试验。实时控制:根据试验实际情况进行控制,观察计算机上试验载荷大小、波形、频率是否异常,同时观察转向器是否漏油,直至试验完成设定次数或者试样损坏为试验结束。

3 试验的结果

转向器试验过程中,根据载荷传感器获取值与加载设定值比较,实时调整试验系统PID值,取得良好加载效果。当加载应力14.038 0 k N时,从图4(b)和图4(c)数据采集记录可以看出,载荷反馈值13.996 6 k N,应力波形为正弦波,与加载设定值吻合,系统响应良好。

试验过程如果出现油液外渗、卡滞和摇臂断裂等异常情况,总成破损,则判定转向器疲劳性能不达标。试验结果见表3。

4 结论

循环球式转向器疲劳试验系统的设计与运行表明:

(1)该试验设计能够能完成循环球式转向器的疲劳试验,试验过程可以根据反馈值实时调节试验参数,操作简便,控制精度较高。

(2)循环球式转向器试验结果满足疲劳试验标准要求,达到了合格标准。

参考文献

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[4] 郭艳玲,武志明,李志鹏,等.电动助力转向器试验台硬件系统研究.节能技术,2014;(01):65—68Guo Y L,Wu Z M,Li Z P,et al.The test-bed control system research for the electric power steering.Energy Conservation Technology,2014;(01):65—68

[5] Nam Yoonsu,Lee Jinyoung,Kyng Sung.Force control system design for aerodynamic load simulator.Proceedings of the American Control Conference.Chicago,Illinois,USA,2000:3043—3047

[6] 刘丹丹,骆艳洁,麦云飞.EPS疲劳试验台电液位置系统建模与分析.通信电源技术,2015;(05):87—89Liu DD,Luo Y J,Mai Y F.Modeling and analysis for electric-hydraulic position system of the eps fatigue test rig.Telecom Power Technology,2015;(05):87—89

[7] 王书艳,李仁强.汽车动力转向器扭杆疲劳失效研究.汽车零部件,2011;(07):83—85Wang S Y,Li R Q.Research of torsion bar fatigue failure of auto power steering system.Automobile Parts,2011;(07):83—85