基于振動(dòng)能量的設(shè)備壽命預(yù)測(cè)方法研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)械設(shè)備越來越多地應(yīng)用于工程實(shí)際中，機(jī)械零件或工程構(gòu)件在復(fù)雜多變的工作環(huán)境中極易產(chǎn)生疲勞失效，因此對(duì)疲勞壽命預(yù)測(cè)的研究也顯得尤為重要。而傳統(tǒng)的疲勞壽命預(yù)測(cè)方法大多是基于材料的應(yīng)力或平均應(yīng)力幅值的靜態(tài)疲勞分析理論，忽略了系統(tǒng)在疲勞破壞過程中的動(dòng)態(tài)變化，因此其估算結(jié)果往往具有一定的誤差。本文從理論和試驗(yàn)方面研究了單自由度系統(tǒng)在簡(jiǎn)諧激振力作用下的振動(dòng)特性變化規(guī)律及疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，并在實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合傳統(tǒng)的基于能

2、量法則的疲勞壽命預(yù)測(cè)理論提出了基于振動(dòng)能量的疲勞壽命預(yù)測(cè)模型。本文主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論有以下幾個(gè)方面：
　　1.研究了單自由度系統(tǒng)在簡(jiǎn)諧激振力作用下的強(qiáng)迫振動(dòng)，推導(dǎo)出振動(dòng)能量和可累積振動(dòng)能量的計(jì)算公式，結(jié)果表明，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，系統(tǒng)的振動(dòng)能量和可累積振動(dòng)能量與時(shí)間近似呈線性關(guān)系，且由計(jì)算公式可以看出二者均與系統(tǒng)振動(dòng)幅值的平方成正比，其簡(jiǎn)諧變量的變化頻率為系統(tǒng)激振頻率的2倍。
　　2.用ANSYS軟件對(duì)簡(jiǎn)支梁橫向彎曲振動(dòng)疲

3、勞過程進(jìn)行仿真，研究了累積振動(dòng)能量和疲勞壽命的關(guān)系，結(jié)果表明，累積振動(dòng)能量與系統(tǒng)的疲勞壽命均與位移放大系數(shù)有關(guān)，且累積振動(dòng)能量與系統(tǒng)的振動(dòng)疲勞壽命負(fù)相關(guān)，故累積振動(dòng)能量可以作為衡量系統(tǒng)疲勞壽命的有效特征量。
　　3.用 ZK-4VIC型振動(dòng)與控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)簡(jiǎn)支梁的振動(dòng)疲勞過程進(jìn)行模擬，研究了激振頻率及振幅對(duì)簡(jiǎn)支梁振動(dòng)特性及振動(dòng)疲勞壽命的影響，結(jié)果表明當(dāng)加載簡(jiǎn)諧激振力的激振頻率高于系統(tǒng)固有頻率時(shí)，系統(tǒng)振幅會(huì)隨著裂紋的擴(kuò)展緩慢下降并趨于

4、穩(wěn)定，當(dāng)激振力頻率低于系統(tǒng)固有頻率時(shí)，隨著激振力頻率與系統(tǒng)固有頻率接近程度不同，振幅變化呈現(xiàn)不同的趨勢(shì)；在裂紋產(chǎn)生后，剛性系統(tǒng)受裂紋的影響大于柔性系統(tǒng)受裂紋的影響，振動(dòng)疲勞壽命較短；從振動(dòng)變化上看，剛性系統(tǒng)比柔性系統(tǒng)更容易發(fā)現(xiàn)裂紋故障的存在。
　　4.結(jié)合傳統(tǒng)的基于能量法則的疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，將累積振動(dòng)能量應(yīng)用于疲勞壽命預(yù)測(cè)中，推導(dǎo)出單簡(jiǎn)諧激勵(lì)、雙簡(jiǎn)諧激勵(lì)和多簡(jiǎn)諧激勵(lì)作用下系統(tǒng)的振動(dòng)疲勞壽命預(yù)測(cè)模型，結(jié)果顯示分別對(duì)累積振動(dòng)能量和簡(jiǎn)