基于振動能量的設(shè)備壽命預(yù)測方法研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，機械設(shè)備越來越多地應(yīng)用于工程實際中，機械零件或工程構(gòu)件在復(fù)雜多變的工作環(huán)境中極易產(chǎn)生疲勞失效，因此對疲勞壽命預(yù)測的研究也顯得尤為重要。而傳統(tǒng)的疲勞壽命預(yù)測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。本文從理論和試驗方面研究了單自由度系統(tǒng)在簡諧激振力作用下的振動特性變化規(guī)律及疲勞壽命預(yù)測方法，并在實驗結(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)測理論提出了基于振動能量的疲勞壽命預(yù)測模型。本文主要研究內(nèi)容及結(jié)論有以下幾個方面：
　　1.研究了單自由度系統(tǒng)在簡諧激振力作用下的強迫振動，推導(dǎo)出振動能量和可累積振動能量的計算公式，結(jié)果表明，當(dāng)系統(tǒng)運行時間較長時，系統(tǒng)的振動能量和可累積振動能量與時間近似呈線性關(guān)系，且由計算公式可以看出二者均與系統(tǒng)振動幅值的平方成正比，其簡諧變量的變化頻率為系統(tǒng)激振頻率的2倍。
　　2.用ANSYS軟件對簡支梁橫向彎曲振動疲

3、勞過程進行仿真，研究了累積振動能量和疲勞壽命的關(guān)系，結(jié)果表明，累積振動能量與系統(tǒng)的疲勞壽命均與位移放大系數(shù)有關(guān)，且累積振動能量與系統(tǒng)的振動疲勞壽命負相關(guān)，故累積振動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型振動與控制實驗臺對簡支梁的振動疲勞過程進行模擬，研究了激振頻率及振幅對簡支梁振動特性及振動疲勞壽命的影響，結(jié)果表明當(dāng)加載簡諧激振力的激振頻率高于系統(tǒng)固有頻率時，系統(tǒng)振幅會隨著裂紋的擴展緩慢下降并趨于

4、穩(wěn)定，當(dāng)激振力頻率低于系統(tǒng)固有頻率時，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；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，振動疲勞壽命較短；從振動變化上看，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)測方法，將累積振動能量應(yīng)用于疲勞壽命預(yù)測中，推導(dǎo)出單簡諧激勵、雙簡諧激勵和多簡諧激勵作用下系統(tǒng)的振動疲勞壽命預(yù)測模型，結(jié)果顯示分別對累積振動能量和簡