横向载荷与预紧力对螺栓断裂寿命的影响

螺栓连接依靠自身简单可靠的特点被广泛应用于各个行业,然而螺栓的疲劳断裂却是一个非常突出的问题.因此,为准确预测螺栓断裂失效寿命,进行了螺栓材料的疲劳裂纹扩展实验,求得了螺栓材料的断裂参数,从而建立了Paris裂纹扩展模型.然后运用有限元方法与疲劳裂纹扩展实验进行对标,并取得较好的效果,为螺栓断裂失效寿命的计算奠定了基础.最后,考虑到螺栓预紧力与横向载荷对螺栓断裂的影响,建立了带裂纹的螺栓有限元模型,并采用有限元方法进行螺栓失效寿命计算的定量分析.结果表明：横向载荷与螺栓预紧力对应力强度因子和螺栓使用寿命具有较大的影响.     

螺栓紧固铝板的微动疲劳寿命分析

以螺栓紧固铝板为研究对象,应用固体力学中的有限元分析理论对疲劳荷载作用下的螺栓紧固铝板进行分析计算,找出最大应力和最大位移所在位置,并在此基础上分别采用Miner疲劳损伤理论和有限元软件中的疲劳分析模块进行疲劳寿命分析及裂纹扩展寿命分析,且与已有实验进行对比,从而为螺栓紧固铝板的正确和安全使用提供了可靠的依据。     

摩擦型高强螺栓单面搭接连接微动疲劳裂纹寿命研究

摩擦型高强螺栓连接件在土木工程领域应用广泛,采用10组连接件疲劳试验结合有限元分析得到了其疲劳寿命及裂纹扩展路径.由于疲劳破坏本质上是裂纹萌生和扩展的结果,故将疲劳寿命分为裂纹萌生和扩展寿命两部分.基于螺栓连接件的裂纹扩展三维有限元模型,运用Python语言实现了初始裂纹的自动扩展,获得了疲劳裂纹扩展寿命.进而,基于有限元分析和疲劳寿命试验结果对萌生寿命FFD_(max)-N_i模型中的参数进行了识别.由此发展了一种基于裂纹扩展的高强螺栓连接件疲劳寿命预测方法,据此计算的总寿命分布于两倍误差分散带内,具有较好的精度.     

基于虚拟迭代技术的汽车喇叭支架疲劳分析

针对某汽车喇叭支架避振片断裂问题,采用虚拟迭代技术与有限元相结合的方法进行支架的疲劳寿命分析.在对半车架和驾驶室的有限元模态分析的基础上,获得了半车架和驾驶室的中性文件,采用刚柔耦合建模法建立了驾驶室、车架和虚拟台架多体动力学模型,利用虚拟迭代方法提取了喇叭支架安装点处的载荷谱并对支架进行了疲劳分析.结果表明:支架避振片处最大损伤值为31.356,将发生疲劳破坏,破坏区域与实际断裂部位一致;采取增加一片避振片的改进措施,改进后的喇叭支架避振片最大损伤值远小于1.000,满足疲劳寿命要求;在模型准确的前提下,由虚拟迭代方法获得的载荷谱可有效地应用于汽车零部件的疲劳分析中.     

北京吉普212发动机连杆的有限元分析

应用ANSYS结构分析软件,对北京吉普212发动机连杆进行了三维有限元分析.得出了螺栓预紧力对连杆大头圆度的影响;预紧力与工作载荷共同作用下连杆的应力和变形云图,为进一步改进设计提供了理论依据.     

35CrMo钢螺栓疲劳寿命预测方法研究

针对大型螺栓的疲劳寿命预测问题,以35CrMo钢螺栓为研究对象,提出以应力集中系数为等效损伤参量的螺栓模拟构件模型,并进一步考虑疲劳综合修正系数,预测服役螺栓的疲劳寿命。研究结果表明：随着公称直径、螺纹圈数和牙底圆角的增加,螺纹应力集中系数呈现下降趋势,而螺距的增加使得应力集中系数逐渐增大;模拟构件的螺纹缺口模型与圆环缺口模型的应力集中系数差异很小,计算分析时可用圆环缺口模型代替螺纹缺口模型;综合修正系数方法预测的螺栓疲劳寿命曲线与有限元模拟的结果基本一致,验证了本研究所提出的基于模拟构件的疲劳寿命预测方法具有较高准确性及较好适用性。     

轻轨道岔梁疲劳寿命仿真分析研究

轻轨道岔梁受力状况较为复杂且使用频繁。基于重庆市某道岔梁三号段有限元模型,利用ANSYS有限元分析软件进行了静力学分析,并在此基础上对其进行了疲劳寿命分析。结果表明该道岔梁疲劳寿命满足钢结构设计要求,为提高道岔梁疲劳寿命局部结构需做改进。     

风机叶片根部连接螺栓的弯曲疲劳试验研究

在叶轮旋转过程中,位于风机叶片根部用于紧固的连接螺栓因受到周期性的弯曲应力而容易疲劳.弯曲疲劳是造成螺栓松弛、损伤甚至断裂的重要原因.本研究以某风电厂2 MW风机高强连接螺栓为研究对象,利用PQ1-6弯曲疲劳试验机开展螺栓试样的旋转弯曲试验研究;通过宏观分析、化学成分分析、显微组织检测及扫描电子显微镜断口微观分析等方法,探究试验过程中螺栓材料的组织演变规律,研究螺栓失效的微观机理及其疲劳损伤的发展过程.结果 表明:在250 N的负荷下螺栓的旋转弯曲疲劳寿命为76200周次;由旋转弯曲疲劳载荷引起的螺栓试样组织演变和疲劳损伤累积呈全域性分布特点,并在螺栓试样材料的不同部位形成了疲劳影响带,且其距离断口越近材料组织的疲劳损伤程度越大;疲劳损伤带由表及里向试样内部扩展;断口处疲劳裂纹从试样表面开始萌生,断裂机理为韧性断裂;螺栓材料中的夹杂物加剧了弯曲疲劳裂纹的集中和扩展,进一步缩短了螺栓的疲劳寿命.     

北京吉普212发动机连杆的有限元分析

应用ANSYS结构分析软件，对北京吉普212发动机连杆进行了三维有限元分析．得出了螺栓预紧力对连杆大头圆度的影响；预紧力与工作载荷共同作用下连杆的应力和变形云图，为进一步改进设计提供了理论依据．     

随机风作用下同塔四回输电杆塔安全性分析

针对蒙西地区220kV同塔四回路典型输电线路段,采用有限元方法模拟研究杆塔在随机风作用下的结构强度和疲劳寿命。利用ABAQUS有限元软件建立塔线耦合体系有限元模型,考虑蒙西地区地形特点,采用数值方法模拟生成随机风场,计算塔线体系的动力响应。根据计算结果确定杆塔的危险区域,建立该局部三维实体有限元模型,并与其他部分的杆梁模型组合为实体与杆梁混合模型。提取塔线体系在随机风作用下导地线挂点的支反力时程曲线,模拟实体与杆梁混合模型的动力响应。模拟研究了两种风速和不同螺栓预紧力情况下杆塔结构强度,并分析了随机风激励下杆塔的疲劳寿命。结果表明,螺栓的松弛对杆塔强度和疲劳寿命影响明显,可能是引起杆塔破坏的主要原因。     

气腿式凿岩机活塞的非线性动力学特性

以气腿式凿岩机活塞为研究对象,根据实际工况建立了活塞和钎杆冲击系统的有限元模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件对活塞冲程过程进行了非线性动力学特性分析,得到了活塞与钎杆各个时刻的应力应变情况.结果表明,活塞冲击能的计算结果与实验结果相比误差较小;活塞的最大应力发生在撞击端面上,此外活塞的花键根部也是受力较大的薄弱环节,最大应力介于其疲劳极限与屈服极限之间;活塞的失效形式为端面接触疲劳和花键根部处疲劳断裂,与实际情况十分吻合.     

焊接结构系统的疲劳可靠性分析

针对工程中常见的焊接结构,建立了一套完整的系统疲劳可靠性评价方法,包括主要失效模式识别,综合失效概率计算.提出了实现结构失效状态转移的间隙元法,在失效的节点间建立间隙元,用接触有限元模拟焊缝开裂面的受力状态,判断起裂源数量和开裂方向.考虑结构的疲劳损伤累积,运用全局疲劳寿命分枝约界法进行结构失效路径搜寻,用点估计法和区间估计法计算结构系统的失效概率.对100 t-22 m龙门起重机主梁焊接结构进行了分析,找出8条主要失效裂纹,并计算了系统的失效概率.     

地下厂房岩壁吊车梁的力学分析及设计

针对刚体极限平衡法的不足,利用非线性有限元方法,分析了岩壁吊车梁与围岩的相互作用,研究了锚杆的受力机理,并利用超载和强度储备法研究了岩壁吊车梁的安全裕度.结果表明,按刚体极限平衡法假设所设计的锚杆偏保守,与实际受力状况有很大差别,接触面不发生破坏时锚杆中的应力不大,即锚杆承受的载荷很小,接触面单元接近全部破坏时锚杆中的应力才会迅速提高.     

CFRP加固钢结构吊车梁疲劳有限元分析及应用

钢结构吊车梁疲劳破坏是其未达到设计使用年限破坏的主要原因。文章提出"实体-桁架-壳元"有限元分析模型对吊车梁采用CFRP加固前、后的疲劳性能进行分析,发现粘贴CFRP可以有效地降低焊趾处的应力集中问题,明显改善吊车梁的疲劳性能,从而延长吊车梁的使用寿命。与传统的钢结构加固方法相比,吊车梁粘贴CFRP加固后其性能恢复非常显著。分析结果表明,所采用的有限元数值模型可以分析CFRP加固钢结构,对钢结构吊车梁应用CFRP加固的方法也为类似工程提供参考。     

连杆热模锻全过程的仿真分析及模具寿命预测

在考虑连杆热模锻模具的材料性能和工况条件基础上,采用有限元分析软件Msc．Superform对连杆热模锻全过程进行了非线性、大变形热机械耦合分析。实现了对连杆热模锻模具关键部位的弹塑性变形的全过程动态模拟仿真,得到了温度场、等效塑性应力应变场在时间和空间上的分布规律,研究结果符合实际情况,具有现实意义。在此基础上,运用Coffin-Mansion公式对所计算的模具寿命进行了预测,其结果与实际应用中的模具寿命基本一致,为进一步研究不同工况下热模锻成形控制和终锻成形模具结构设计提供了理论依据。     

复合材料层压板疲劳寿命预测方法

测定了碳纤维／树脂基T300／QY8911复合材料的3组典型单轴循环应力下的S-N曲线．基于试验数据，建立了多轴循环应力作用下单向板的寿命模型，并通过整合平面应力分析、失效分析和材料性质退化模块模拟多向层压板的疲劳失效过程．这种方法试图基于单向板在确定应力比下的疲劳试验结果，预测同种材料体系的任意铺层形式的多向层压板在复杂循环应力作用下的疲劳寿命．对于以分层破坏为主控因素的层压板，基于层间应力的计算结果，用计算面内累计损伤的方法计算分层损伤，层压板的寿命等于分层扩展寿命和分层后子层板剩余寿命之和．考虑分层扩展后，层压板的寿命预测结果得到明显改善．     

基于实测的软刚臂横摆疲劳分析

针对浮式生产储存卸货装置中软刚臂系泊系统所产生的横摆问题,运用相位分析方法分析软刚臂横摆与船体横摇的共振现象,研究了软刚臂横摆的疲劳分析方法;以软刚臂上铰点为例,运用雨流计数方法统计上铰点1a的循环次数,并推算出其15a的循环次数,利用有限元方法计算15a的循环次数下的疲劳损伤.结果表明,上铰点的整体损伤达到了0.57.在软刚臂的设计年限内,上铰点存在疲劳失效的隐患风险,亟需寻找切实可行的方法以降低共振所带来的影响.     

临界距离理论评定焊接接头疲劳寿命的研究

研究局部法应用于焊接接头疲劳评定的有效性和适应性.基于Taylor的临界距离理论,引入开裂部位的当量应力,它由有限元计算得到.针对钢质与铝质十字接头的疲劳数据进行分析,承载型十字接头的疲劳裂纹源于焊趾或焊根,由当量应力的大小所预测的开裂部位与实验结果相符.对疲劳裂纹源于焊趾部位的承载与非承载型十字接头,以焊趾部位的当量应力作为控制应力,此时疲劳数据的离散程度低,可望将焊趾开裂十字接头的疲劳强度以及S-N曲线统一表示.对疲劳裂纹产生于焊根的承载型十字接头,将焊根部位的当量应力作为控制应力,疲劳数据的分散度较大,与名义应力法相当,此时,局部法的有效性值得进一步考察.     

往复式压缩机活塞杆可靠性设计方法研究

基于可靠性设计理论,提出了一种针对往复式压缩机活塞杆的疲劳强度可靠性设计方法。首先,依据热力学与动力学原理,分析了一个循环周期内压缩机传动机构的受力情况;而后,采用传统强度校核方法对活塞杆进行疲劳强度分析,找出造成其疲劳失效的"薄弱环节";然后,根据"薄弱环节"几何尺寸、加工工艺和材料强度等参数的随机性,利用应力-强度干涉模型建立活塞杆的极限状态方程,计算其疲劳强度可靠度。最后,综合考虑各参数对可靠度的影响及控制的难易程度,确定设计参数(尺寸、工艺、材料等信息),为活塞杆的设计提供理论依据。     

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。