武汉理工大学和某科研所共同开展了核辐射沾染清除技术的相关研究，其中喷洒车是核废物清理系统中的一个重要装备。道路表面的凹凸不平是随机的，它对车辆产生随机激励，如果这种随机激励引起的振动过大的话，将使得乘员感到不舒服和不适应，同时也使结构产生疲劳破坏。如果喷洒车在赶赴现场或作业中管路系统发生破坏，这对整个核辐射沾染清除工作的影响是致命的。 疲劳分析的最终目的是要确定结构件的疲劳寿命，目前对确定性周期振动和随机振动载荷引起的振动疲劳寿命预计问题研究得较多。本文把随机振动疲劳寿命的预计方法引人到车载设备的疲劳寿命预测中，在产品设计阶段就可根据疲劳寿命分布图直观地判断出设备疲劳寿命薄弱位置，发现影响疲劳寿前的主要因素，从而改进结构，主动控制产品的疲劳寿命。 本文采用疲劳寿命数值仿真分析方法，通过动力学仿真计算，得到结构在频域上的动应力分布和传递函数，根据这些动应力分布，应用ANSYS中Fatigue疲劳分析模块，计算管路的疲劳寿命。 1 随机疲劳分析方法 随机载荷的长期作用会使零件产生随机疲劳。一般的随机载荷，其应力幅和平均应力都是随机变化的，这样使随机疲劳计算变得很复杂。通常是采用计数法(如峰值计数法、雨流计数法)得到应力的峰值或幅值的概率分布，为估算零部件的寿命提供依据。 1.1 随机振动疲劳分析流程 用有限元法计算随机疲劳寿命的主要步骤为： (1)根据载荷和几何结构计算中的应力应变历史计算动态应力应变响应； (2)建立合理的损伤模型； (3)利用该应力应变响应结合材料性能参数和损伤模型计算疲劳寿命。疲劳分析的简单流程如图所示。本文根据线性累积损伤理论，采用功率谱法，在获得结构动态应力响应PSD(功率谱密度)和S-N曲线后，计算结构的疲劳寿命。 1.2 材料的疲劳特性(S-N曲线) S-N曲线描述的是应力幅。 与开始断裂时的循环数Nf的关系， 即为疲劳寿命。对于任何类型的疲劳载荷，构件的S-N曲线都可以通过疲劳试验确定。 
图1 随机振动疲劳分析流程 
图2 疲劳曲线(S—N曲线)
对标准旋转轴试件施加弯曲载荷，得到两种典型材料抗弯曲的疲劳曲线，如图2所示。随着N的增加疲劳许用应力迅速减小，但超过一百万次后最大应力不再发生变化，且曲线维持在2.3X108Pa处。该应力称为完全交变应力下的材料疲劳持久极限。对于铝合金试件，就不能找到这样的材料疲劳持久极限。有几种方程可以近似描述S-N曲线，最简单、最可接受的是幂函数形式：
 式中， 是疲劳强度系数。是由S-N曲线外推到第—个半循环 的应力幅值；b是疲劳强度指数，是双对数坐标中S-N曲线的斜率。
|
