基于振动能量的设备寿命预测方法研究

发布时间：2017-06-24 23:01

  本文关键词：基于振动能量的设备寿命预测方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着科学技术的快速发展,机械设备越来越多地应用于工程实际中,机械零件或工程构件在复杂多变的工作环境中极易产生疲劳失效,因此对疲劳寿命预测的研究也显得尤为重要。而传统的疲劳寿命预测方法大多是基于材料的应力或平均应力幅值的静态疲劳分析理论,忽略了系统在疲劳破坏过程中的动态变化,因此其估算结果往往具有一定的误差。本文从理论和试验方面研究了单自由度系统在简谐激振力作用下的振动特性变化规律及疲劳寿命预测方法,并在实验结果的基础上,结合传统的基于能量法则的疲劳寿命预测理论提出了基于振动能量的疲劳寿命预测模型。本文主要研究内容及结论有以下几个方面:1.研究了单自由度系统在简谐激振力作用下的强迫振动,推导出振动能量和可累积振动能量的计算公式,结果表明,当系统运行时间较长时,系统的振动能量和可累积振动能量与时间近似呈线性关系,且由计算公式可以看出二者均与系统振动幅值的平方成正比,其简谐变量的变化频率为系统激振频率的2倍。2.用ANSYS软件对简支梁横向弯曲振动疲劳过程进行仿真,研究了累积振动能量和疲劳寿命的关系,结果表明,累积振动能量与系统的疲劳寿命均与位移放大系数有关,且累积振动能量与系统的振动疲劳寿命负相关,故累积振动能量可以作为衡量系统疲劳寿命的有效特征量。3.用ZK-4VIC型振动与控制实验台对简支梁的振动疲劳过程进行模拟,研究了激振频率及振幅对简支梁振动特性及振动疲劳寿命的影响,结果表明当加载简谐激振力的激振频率高于系统固有频率时,系统振幅会随着裂纹的扩展缓慢下降并趋于稳定,当激振力频率低于系统固有频率时,随着激振力频率与系统固有频率接近程度不同,振幅变化呈现不同的趋势;在裂纹产生后,刚性系统受裂纹的影响大于柔性系统受裂纹的影响,振动疲劳寿命较短;从振动变化上看,刚性系统比柔性系统更容易发现裂纹故障的存在。4.结合传统的基于能量法则的疲劳寿命预测方法,将累积振动能量应用于疲劳寿命预测中,推导出单简谐激励、双简谐激励和多简谐激励作用下系统的振动疲劳寿命预测模型,结果显示分别对累积振动能量和简支梁的振动疲劳寿命取对数后,两者基本呈线性关系,用基于累积振动能量的疲劳寿命预测方法估算简支梁的振动疲劳寿命计算简单,并有较高的精度。
【关键词】：累积振动能量 振动疲劳 能量法则 简支梁 寿命预测
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH113.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-20
• 1.1 课题的目的和意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-18
• 1.2.1 疲劳理论12-14
• 1.2.2 振动疲劳分析14-15
• 1.2.3 疲劳寿命预测方法15-18
• 1.3 本文主要研究内容18-19
• 1.4 本章小结19-20
• 2 振动能量与疲劳寿命的关系20-34
• 2.1 概述20
• 2.2 振动疲劳理论20-23
• 2.2.1 材料疲劳特性21-23
• 2.2.2 疲劳累积损伤理论23
• 2.3 振动能量与可累积振动能量23-29
• 2.3.1 振动能量24-25
• 2.3.2 可累积振动能量25-27
• 2.3.3 可累积动能量与激振力的关系27-29
• 2.4 疲劳寿命和可累积振动能量的关系29-31
• 2.5 疲劳寿命和可累积振动能量关系仿真研究31-33
• 2.6 本章小结33-34
• 3 振动疲劳试验及动态响应研究34-50
• 3.1 概述34
• 3.2 疲劳试件的制备34-36
• 3.2.1 试件材料34-35
• 3.2.2 试件的结构及制备35-36
• 3.3 试验装置及原理36-39
• 3.3.1 试验装置介绍36
• 3.3.2 试验原理36-39
• 3.4 振动疲劳试验过程39-44
• 3.4.1 单简谐激励作用下简支梁疲劳试验39-42
• 3.4.2 双简谐激励作用下简支梁疲劳试验42-44
• 3.5 试验结果及分析44-49
• 3.5.1 简支梁振动疲劳试验动态响应分析44-47
• 3.5.2 简支梁振动疲劳试验疲劳寿命分析47-49
• 3.6 本章小结49-50
• 4 基于振动能量的疲劳寿命预测方法50-59
• 4.1 概述50
• 4.2 基于能量法则的疲劳寿命预测模型50-51
• 4.2.1 金属疲劳破坏微观机理50-51
• 4.2.2 塑性应变能理论51
• 4.2.3 基于能量法则的疲劳寿命预测51
• 4.3 基于振动能量的疲劳寿命预测模型51-54
• 4.3.1 单简谐激励作用下疲劳寿命预测模型51-53
• 4.3.2 双简谐激励作用下疲劳寿命预测模型53-54
• 4.3.3 多简谐激励作用下疲劳寿命预测模型54
• 4.4 试验结果分析54-58
• 4.4.1 单简谐激励作用下试验结果分析54-56
• 4.4.2 双简谐激励作用下试验结果分析56
• 4.4.3 ANSYS仿真试验结果分析56-58
• 4.5 本章小结58-59
• 5 结论与展望59-62
• 5.1 工作总结及创新点59-60
• 5.1.1 本文主要内容及结论59-60
• 5.1.2 本文创新点60
• 5.2 展望60-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67
• 个人简历 在校期间发表的学术论文及研究成果67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 戴丽玲;;简支梁固有频率与固有振型的实验室测量与理论分析[J];昆明学院学报;2008年04期

2 李净一;骆行文;;简支梁振动测试原理与试验分析[J];土工基础;2008年02期

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本文编号：479803