Digital twin-driven fatigue life prediction framework of mechanical structures using a power density theory: Application to off-road vehicle front axle housing

振动疲劳 结构工程 压力(语言学) 功率(物理) 疲劳极限 疲劳试验 工程类 计算机科学 语言学 量子力学 物理 哲学
作者
Changkai Wen,Zhiyong Liu,Guangwei Wu,Chunjiang Zhao,Liping Chen,Yanxin Yin,Zhijun Meng
出处
期刊:Measurement [Elsevier BV]
卷期号:220: 113352-113352 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.measurement.2023.113352
摘要

Accurate fatigue life prediction is beneficial for fatigue maintenance of complex mechanical structures of off-road vehicles. For fatigue life prediction of mechanical structures subjected to non-stationary random loads during operation, this paper proposes a digital twin-driven fatigue life prediction method for mechanical structures. The core consists of improved fatigue theory, stress online measurement, and fatigue damage verification. In this study, a digital twin (DT) prediction framework containing multiple correction factors is established, in which the actual stress values in the physical world and the stress predictions of the estimated twin model can be obtained in real time. The remaining strength degradation of the structure and material can be compared to correct the prediction accuracy of fatigue analysis. In addition, based on the power density theory, combined with the short-time Fourier transform, a fatigue life analysis method that can comprehensively calculate the effect of load amplitude and frequency on fatigue is proposed. A test case has been demonstrated using a front axle housing of the off-road vehicle. The difference between the results predicted by the method in this paper and the actual fatigue results in failure time is only 2.65 h, with a relative error of only 3.95 %. In terms of failure location, the relative error is only 3.15 %.
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