基于弯曲和径向疲劳试验的车轮仿真分析

车轮在设计完成后,需要进行弯曲和径向疲劳物理试验,检验是否满足疲劳寿命的要求。为解决这种开发模式周期长、成本高的问题,基于弯曲和径向疲劳物理试验的方法,使用Creo和Ansys Workbench软件对材质为A356、规格为16×7 J的某型铝合金车轮,建立三维模型和有限元模型。给出仿真流程和仿真思路,采取静态分析模拟动态分析的方式,预测车轮疲劳寿命和安全系数。仿真结果表明,两种试验仿真中最大应力出现的位置与物理试验的位置相一致,验证了有限元方法预估车轮寿命的有效性,从而可以根据分析结果对车轮进行优化设计。     

铝合金车轮强度有限元分析研究

针对铝合金车轮动态弯曲疲劳问题,建立了车轮弯曲实验的静态有限元模型,然后使用商用有限元软件LS-DYNA的隐式计算方法,对铝合金车轮在弯矩作用下的应力分布进行了仿真分析.通过对四个典型状态下车轮主应力分布情况的仿真结果评价,确定了铝合金车轮上最易导致疲劳裂纹产生的高应力区域.该计算机模拟实验平台的建立对铝合金车轮的前期设计开发具有重要的指导意义.     

铝合金车轮弯曲疲劳寿命的仿真分析与试验研究

该文运用有限元分析软件ABAQUS,对某铝合金车轮旋转弯曲疲劳寿命进行了仿真分析,得出易于产生疲劳裂纹的应力集中点及其最大应力值。其次,采用疲劳寿命名义应力法建立了铝合金车轮的S-N曲线,计算应力集中点的应力幅与平均应力,将等效应力幅取对数代入S-N曲线,预测所分析铝合金车轮的疲劳寿命。最后,进行了改进前后铝合金车轮的旋转弯曲疲劳台架试验,验证了仿真结果。分析表明,名义应力法可以较好预测铝合金车轮的疲劳寿命。     

汽车轮毂冲击的 CAE与实验分析

针对汽车车轮冲击试验,通过动态响应有限元分析,确定车轮结构中的最大应力及危险位置,并通过实验应力分析,利用动态电阻应变仪等,测定并计算车轮结构中关键点的应力响应,利用MATLAB计算并绘制Von Mises应力响应曲线。通过对比有限元分析与实测结果,提出修正系数,对有限元分析模型进行修正,该结果可用于企业的车轮设计,提高产品结构设计的一次合格率。     

考虑应力梯度的多轴缺口件疲劳寿命预测方法

以缺口附近疲劳损伤影响区的场强为损伤参量,结合Manson-Coffin方程提出一种多轴比例加载下缺口件疲劳寿命预估方法.首先,借助坐标变换矩阵定义应变能密度最大的平面为临界面,克服了传统能量法作为标量难以描述裂纹萌生和扩展方向的不足.其次,利用有限元软件分析临界面上等效应力分布规律,拟合距离危险点5 mm内等效应力分布函数,通过求相对应力梯度函数的驻点确定疲劳损伤影响区的大小,以疲劳损伤影响区的场强作为疲劳损伤参量对Q345钢多轴缺口件进行寿命预估.最后,将利用该方法、局部应力应变法的预估寿命与试验寿命进行对比,结果表明:两种方法预估寿命的误差都在2倍因子以内,但由于该方法考虑了应力梯度效应,预估精度要优于局部应力应变法.     

带圆孔的薄壁管多轴向低周疲劳性能的判据

在40Cr钢制成的带圆孔的薄壁管上进行拉—扭双向的低周疲劳试验,并用弹塑性有限元方法分析试件圆孔区域应力和应变分布。通过对以前的多轴向疲劳准则的分析研究,根据薄壁管拉—扭双向疲劳的试验和理论分析的结果,提出了一个新的多轴向应力疲劳的判据。它可以比较好地预测疲劳起裂寿命和裂纹位置。     

基于随机载荷的汽车驱动桥壳概率疲劳计算

结合概率疲劳分析理论和汽车振动理论,通过CAD/CAE的设计手段,建立了汽车驱动桥壳的有限元振动分析力学模型。基于路谱随机载荷的概率计算结果,对汽车驱动桥壳进行了疲劳强度校核和疲劳寿命预估,并进一步提出了汽车驱动桥壳基于CAE随机振动计算结果的概率疲劳寿命预估方法。结果表明：随机振动计算结果能直观地反映驱动桥壳在汽车行驶时的1σ应力分布情况,应力较大值分布在钢板弹簧座内、外侧上下表面较大的区域和驱动桥壳中部。     

动车组车轮辋裂损伤容限和剩余寿命评估

针对我国某型动车组车轮在实际线路发生的辋裂损伤，在全面失效分析的基础上，揭示了车轮辋裂失效机理；以车轮材料裂纹扩展试验数据为基础，结合Franc3D仿真分析软件对车轮内部缺陷进行裂纹扩展仿真计算.仿真结果表明:车轮内部缺陷尺寸及分布均对车轮滚动接触疲劳寿命产生影响，缺陷尺寸越大，分布位置距车轮最大应力区越近，车轮疲劳寿命越短.该车轮的损伤容限为3mm，与标准中失效判据3mm一致，给出了目前我国铁路车轮辋裂失效探伤标准(3mm横孔当量大小)的理论依据.     

基于ANSYS的TA6V钛合金SENT试样疲劳分析

借助大型通用有限元分析软件ANSYS TA6V钛合金SENT试样在不同应力比和不同应力水平下进行疲劳分析,根据SENT试样缺口处的应力状态分布预测疲劳危险部位,采用局部应力应变法,结合材料循环的S-N曲线,通过弹塑性有限元法将构件上的名义应力谱转换成危险部位的局部应力应变谱,从而根据危险部位的局部应力应变历程采用Miner累积损伤理论对构件的疲劳寿命进行估算,并与疲劳小裂纹试验数据进行比较分析.ANSYS疲劳分析预测的疲劳寿命与试验结果基本接近,体现了有限元软件ANSYS在预测构件疲劳寿命方面的优越性和可靠性;采用ANSYS疲劳分析可有效确定疲劳裂纹易发区域,预测SENT试样在不同应力比和不同应力水平的疲劳寿命,为TA6V钛合金结构疲劳安全设计及其可靠性提供科学依据.     

基于直流电压降法的三点弯曲试样疲劳裂纹扩展速率测量方法

通过有限元分析得到了三点弯曲试样的裂纹长度与电压降及裂纹尖端应力强度因子的关系式,开发了可以在应力强度因子恒定、可控升高和降低的条件下进行疲劳试验的软件,通过编写测试程序的方式连续进行不同载荷、载荷比、频率条件下的疲劳试验,在线测量裂纹扩展速率,且根据裂纹长度扩展情况自动改变测试条件.通过对2种镍铝青铜合金材料疲劳裂纹扩展速率测量,对该方法进行了验证,得到了裂纹扩展速率与应力强度因子关系曲线,并利用Priddle公式和ParisErdogan公式拟合得到了裂纹扩展应力强度因子门槛值等疲劳特征参数.     

影响钢轨疲劳裂纹萌生寿命的主要因素分析

建立了钢轨3维弹塑性有限元计算模型,分析了接触斑内应力应变场特点.分析结果表明,在接触斑内钢轨处于三向压缩应力状态,有较大的静水压力;认为静水压力影响滚动接触疲劳裂纹萌生寿命.以临界平面法为基础,提出了考虑静水压力影响的滚动接触疲劳裂纹萌生寿命预测模型,分析了轮载和摩擦系数对疲劳裂纹萌生的影响.结合具体算例分析表明:随着静水压力增大,静水压力对滚动接触疲劳裂纹影响在增大;随着轮载和摩擦系数增加,滚动接触疲劳裂纹萌生寿命迅速减少.     

负重轮多体接触问题有限元分析

首次提出应用Lagrange乘子法与对称罚函数结合算法对负重轮多体接触问题进行有限元分析, 并以某履带运输车负重轮为例建立了负重轮多体接触有限元模型, 获得了稳态滚动条件下负重轮接触应力场及其挤压变形情况.结果显示, 当最大接触应力大于橡胶材料压缩强度时, 极易产生初始裂纹.有限元分析结果也为计算裂纹扩展及预估负重轮的疲劳寿命提供了理论依据.     

超级钢汽车车轮强度有限元分析

采用新一代钢铁材料超级钢代替原有的普通强度钢材制造中型客车或货车车轮,以此实现汽车减重、降低油耗和减少环境污染.并针对车轮动态弯曲疲劳试验建立了3种中型客车车轮的静态线性有限元模型,通过模拟计算确定车轮结构的危险点,反映应力集中程度.同时对采用超级钢制成的一组车轮进行动态弯曲疲劳试验.模拟和实验结果表明,采用超级钢生产的车轮在轮辐厚度减少2.5 mm,总质量减少10 kg的情况下仍能达到动态弯曲疲劳试验标准.     

无内胎钢制车轮高强度钢等代设计

利用SolidWorks和Ansys软件建立22.5 in×9.0 in无内胎钢制车轮的有限元分析模型,采用高强钢代换低强钢的方法,在保证强度和疲劳寿命的前提下,对车轮进行了轻量化设计,减薄了轮辋和轮辐厚度。弯曲和径向试验的仿真结果表明:虽然改进后的各自最大等效应力都有所增加,但都没有超过材料的屈服极限;采用名义应力法并根据经验公式建立的590CL材料的S-N曲线方程,计算得出的疲劳寿命符合GB/T 5909—2005标准要求。     

基于损伤力学的疲劳全寿命数值预估方法

疲劳失效是影响结构件使用安全的主要问题,对疲劳寿命进行准确预测具有重要的工程意义。基于采用平均应力修正的损伤力学演化模型,结合有限元法建立了同时考虑裂纹萌生与扩展的疲劳全寿命数值预估方法。为了验证该方法,开展了不同应力水平下铝合金开孔板试样疲劳试验与疲劳数值模拟。结果表明,基于所建立的疲劳数值分析方法能够有效预测开孔板裂纹扩展过程及疲劳全寿命,预测寿命误差带在两倍以内。     

飞机机轮轮毂结构疲劳可靠性分析

提出了结构疲劳可靠性计算模型．该模型以结构初始疲劳质量的描述为基础,考虑裂纹扩展的随机性,建立了以裂纹长度为判据的结构失效功能函数,并用ＪＣ法和一次二阶矩法计算飞机机轮轮毂在不同循环次数下的裂纹超过数概率．同时分析了疲劳裂纹扩展的分散性对结构疲劳可靠度的影响．最后,用实物疲劳试验结果对上述方法给出的预测结果进行了验证,验证结果证明该方法是合理的．     

疲劳裂纹扩展前缘形貌分析及数值模拟

为研究疲劳裂纹扩展过程中裂纹前缘形貌的变化规律,按照试验标准设计2024HDT铝合金断裂韧度试验,获取疲劳裂纹前缘形貌,通过有限元仿真研究了裂纹前缘应力强度因子的分布规律,对裂纹前缘形状进行数值模拟。结果表明：贯穿厚度平面裂纹将首先由试样缺口根部的中心层部位启裂,裂纹前缘在疲劳扩展过程中由初始直裂纹演变为椭圆形前缘裂纹。